Colpo ESD sul pin di terra del circuito esposto

Ho progettato un circuito per un dispositivo a batteria che ha un connettore USB esposto esternamente per la ricarica e il trasferimento dei dati. È un connettore USB non standard, agganciabile senza connessione di schermatura disponibile e l'intero circuito è alloggiato in un involucro di plastica senza possibilità di telaio / terra di protezione, qualcosa come l'immagine qui sotto:

Per la protezione ESD, ho seguito quasi l'esatta raccomandazione di progettazione fornita qui: http://www.semtech.com/images/promo/Protecting_USB_Ports_from_ESD_Damage.pdf

Posso visualizzare il percorso corrente quando Vbus, D + o D- vengono colpiti da un impulso ESD positivo o negativo, ad es. I diodi di sterzo conducono avanti un impulso negativo o passano al TVS centrale per un impulso positivo, per favore correggi se la mia comprensione è disattivata.

Tuttavia, non sono sicuro di cosa accadrebbe se il pin GND esposto stesso riceve lo zap.

Domande:

1. Un colpo ESD negativo sul pin GND avrà lo stesso effetto di un impulso positivo su Vbus, vale a dire la rottura della TVS a valanga centrale che porta al bloccaggio?

2. In caso di un attacco ESD positivo su GND, i diodi di sterzo e / o il TVS centrale dirigeranno e passeranno l'intera energia (meno 1 diodo Vf in caduta, se ciò è importante) al resto del circuito, distruggendo così il caos !? Ho provato a descrivere la situazione di seguito:

(Immagine modificata dal link sopra citato)

Soluzioni che sto considerando:

1. Scollegare Vbus dal TVS centrale e introdurre un TVS bidirezionale autonomo tra Vbus e GND con successiva protezione della tensione inversa per il resto del circuito (per tollerare il morsetto -V del TVS bidirezionale). Potrebbe ancora non impedire la conduzione dei diodi di sterzo, inoltre ci sono altri diodi TVS unidirezionali che eseguono shunt su GND su altri pin IO esposti, il che può anche inoltrare condotte.

2. Introdurre un cordone di ferrite tra il GND USB esposto e il circuito GND per qualsiasi scarsa impedenza possa fornire!

Qualsiasi suggerimento / approfondimento è il benvenuto, grazie!

PS:

• Poiché il circuito può assorbire energia da Vbus, non è possibile aggiungere resistori serie nel circuito Vbus-GND

• Test pianificato secondo IEC 61000-4-2 , Livello 4 (contatto 8 / 15kV / scarico aria). Il dispositivo funzionerà a batteria durante il test senza alcun cavo USB collegato, quindi tutti i pin sarebbero facilmente accessibili per gli attacchi ESD.

La prima cosa che viene in mente è che i test ESD dovrebbero essere eseguiti su punti che sono normalmente accessibili durante il normale funzionamento. Dato che non hai descritto ciò che stai costruendo, nella tua domanda compensa una specie di vaga risposta. Anche il test non è descritto nella tua domanda e la cosa più importante è a quali punti è collegata la pistola ESD. Il modello del corpo umano è rispetto alla terra.

Quando dici uno sciopero positivo, intendi positivo rispetto alla terra? Positivo rispetto a cosa? La corrente riporterà il percorso di impedenza più basso alla sorgente. Devi collegare il lato negativo o il terreno della pistola ESD a qualcosa. Normalmente è collegato a terra o al telaio. La corrente deve tornare alla sorgente, quindi se colpisci la scheda con la pistola ESD collegata a terra, ha diversi percorsi "potenziali" che potrebbe riprendere. C'è lo schermo USB, la terra USB, i fili D + e D-, Vbus e l'aria. L'Air è come una resistenza da 10 ^ 6 a 10 ^ 9 con alcuni pF di capacità. I fili D + e D- hanno almeno la resistenza di Rt più qualunque cosa si trovi sull'estremità conduttiva del cavo. Vbus probabilmente avrebbe un regolatore di tensione su di esso, quindi sarebbe inferiore a quello di RT.

Quindi la risposta è, sta per riportare la terra a terra alla fonte (se hai la pistola esd collegata a terra, e tutti i percorsi la vedranno in una certa misura, la terra prenderà la maggior parte della corrente)

Tornando al design: l'intero motivo per avere uno schermo attorno all'USB è quello di deviare il rumore e l'ESD dal filo di terra che si trova accanto ai cavi V + e V-. A causa del reciproco accoppiamento induttivo, è possibile ottenere alcuni transitori che attraversano le linee di dati e creano almeno un rumore che elimina il pacchetto inviato.

La cosa migliore sarebbe usare lo scudo per deviare il rumore e l'ESD dalle linee dati e dalla massa USB. La prossima cosa migliore (e non raccomandata) sarebbe quella di deviare l'ESD lungo il filo di terra del cavo USB.

Se il pcb viene gestito da umani, prova a progettare il pcb in modo che il terreno sia la prima cosa vista da un evento ESD. La situazione ideale sarebbe quella di avere una custodia in metallo che racchiude il tuo dispositivo legato allo scudo USB. Se non riesci a legare la custodia allo scudo (sconsigliato) legala a terra. Se non puoi avere un recinto, prova ad usare gli anelli di protezione e un bel piano terreno sano.

Per i dispositivi alimentati a batteria, alla fine lo troverai su Non scaricare poiché non è collegato a terra. Che è considerato uno scenario di passaggio per ESD. A meno che il tecnico non ti aiuti a scaricare a terra dopo ogni zap.

Per consentire all'ESD di neutralizzare più velocemente, aggiungere un limite di 10uF tra Vbus e Gnd. Più vicino al connettore USB. Quando zap + 8kV a Gnd, il tappo si scaricherà un po 'per assorbire un po' di energia ESD. Quello che non vorrei è trovare la corsa di scarico dalla mia terra, andare a un perno di terra in un componente e quindi uscire dal perno di alimentazione del componente.

I TVS con base in ceramica stanno arrivando e il loro tempo di reazione è molto più veloce dei TVS con base a diodi convenzionali.