Qual è lo scopo della protezione dell'ingresso su USB (o affatto)?

Ho visto un po 'dove vengono utilizzati diodi polarizzati inversi per bloccare le tensioni di ingresso quando si verificano picchi.

• Qual è la tipica tensione di rottura inversa per un diodo utilizzato in questo tipo di applicazione?

Sembra che questi diodi di protezione siano in atto per non proteggere da una grande tensione applicata dall'utente, ma piuttosto per bloccare picchi di tensione che possono derivare da scariche statiche.

• Perché potrebbe verificarsi una scarica statica, da dove proviene questa carica in eccesso dal circuito (su un PCB, non dal breadboard dove una persona può introdurre la scarica), e qual è la grandezza tipica della tensione?

• Perché non si dovrebbe anche considerare la possibilità di una tensione negativa potenzialmente grande e posizionare i diodi inversi dalla linea di ingresso a Vcc?

Sto progettando una semplice scheda breakout per un controller che emetterà dati attraverso un'interfaccia USB. Attraverso la mia ricerca ho scoperto che molti progetti incorporano questi diodi di protezione polarizzati inversi su Vusb, D + e D-, tuttavia non tutti lo fanno.

Ancora una volta, se tutto questo è montato su un PCB, perché potrebbe verificarsi un'improvvisa scarica statica e da dove potrebbe provenire?

• Quanto è frequente questo tipo di evento e senza questi diodi è probabile che danneggi i circuiti?

• È consigliabile includere sempre questi diodi di protezione o non sono necessari a volte? Se quest'ultimo, quali casi speciali li ritengono inutili?

• Qualche diodo funzionerà o dovrebbe essere usato uno con una tensione di rottura specifica?

MODIFICARE:

Guardando quelle note dell'app, uno mostra

Mentre l'altro mostra qualcosa di simile ma senza il nodo "superiore" collegato a qualcosa. Si tratta di un errore di stampa o è implicito che sia connesso a Vbus?

Dimentica l'USB per un momento, perché questi dispositivi sono utili in molte più applicazioni rispetto alla sola USB. Innanzitutto, i diodi nei tuoi primi due esempi non sarebbero di solito segnali generici o diodi zener. Di solito sono diodi soppressori di tensione transitori (TVS) appositamente progettati.

I diodi TVS sono disponibili in tutti i diversi gusti, ma ci sono tre parametri chiave. Innanzitutto, la massima tensione di stallo inversa. Questa è la tensione di lavoro. Per USB, ti consigliamo di essere molto vicino a 5V. La prossima cosa che vorrai guardare è la tensione di serraggio. Ancora una volta, circa 5 V per USB. Di solito, la corrente di dispersione aumenta in modo significativo quando la tensione di serraggio si avvicina alla tensione di stallo inversa. Tieni presente che nel caso in cui è importante nella tua applicazione. L'ultimo parametro chiave è la corrente inversa di picco. Assicurati che sia in grado di gestire lo standard che stai per testare.

C'è un'altra cosa da tenere presente quando si posizionano i diodi TVS su linee di segnale ad alta velocità (ad es. USB, HDMI, Ethernet, ecc.). Assicurarsi che il diodo TVS sia a bassa capacità. Esistono molti diodi e array adatti a questo scopo e con capacità vicine a 0,2 pF.

Salto direttamente al tuo secondo esempio dal momento che stiamo parlando di USB qui. Lo schema mostrato sarebbe appropriato se i diodi mostrati si agganciano intorno a 5 V e stanno provando i diodi TVS. I diodi zener regolari non sono abbastanza veloci per la protezione ESD.

Nel tuo ultimo esempio, ti chiedi se il nodo superiore è collegato a Vbus e, in base al foglio dati del dispositivo , non lo è. Se si verifica un evento ESD positivo su una qualsiasi delle linee del segnale, quel TVS lo bloccherebbe. Vbus TVS ha una tensione di serraggio più alta per la barra di alimentazione.

Hai chiesto

Again, if all of this is mounted on a PCB, why might a sudden static discharge occur
and where might it originate?

Il potenziale problema è ESD (scariche elettrostatiche) proveniente dall'esterno del PCB, proveniente dal connettore USB. Un utente potrebbe trasportare un prodotto attraverso un tappeto o un altro generatore ESD e toccare il connettore USB con un dito. Anche se è stato inserito un cavo nel connettore USB, potrebbero toccare il connettore all'altra estremità del cavo e passare attraverso USB.

Questo è vero non solo per i connettori USB, ma per tutti i connettori che escono da un prodotto, anche il jack di alimentazione.

Quando progettiamo un prodotto in vendita e lo testiamo per EMI / EMC (interferenza elettromagnetica e compatibilità), la casa di prova inietta brevi picchi di corrente a 8.000 V (8 kV) su ciascuno dei connettori e successivamente verifica che il dispositivo funziona ancora correttamente. I dispositivi mostrati nei tuoi schemi sono progettati per proteggere da scariche di questo livello o superiori. Senza la protezione ESD, è probabile che il dispositivo non superi questo test.

Perché ottenere la certificazione UL, che può costare migliaia di dollari in un laboratorio di prova? È un requisito legale? No, ma molti rivenditori come Walmart non trasporteranno prodotti elettronici a meno che non abbiano un'etichetta UL. In Europa, l'equivalente è il marchio CE.