Suggerimenti sulla protezione ESD per i progetti di hobbisti

Finalmente sto entrando nel semplice design PCB per i miei progetti personali e sono preoccupato per la protezione ESD su parti esposte della mia scheda come le porte USB. So come funzionano le cinghie da polso e capisco cose come i diodi a pinza sui moderni ingressi IC CMOS (e molti articoli che ho trovato sostanzialmente discutono solo di quelle cose), ma sono più curioso dei dispositivi di protezione ESD discreti. Come dovrei sceglierli e usarli? Qualche tutorial generale che discute lo spettro dei dispositivi e come applicarli? Ho trovato alcuni articoli abbastanza interessanti che discutono di come, ad esempio, funzionano i TV, ma in quali situazioni sono una soluzione appropriata, perché dovrei sceglierli rispetto ad altri dispositivi, ecc.

Questa è una domanda fantastica perché tocca due cose per cui i "principianti" (se posso) spesso non hanno una buona sensazione per:

• Quanto è importante la protezione elettrica e il condizionamento
• Dove mettere la protezione elettrica

Ecco cosa dovresti fare:

You should protect any outgoing and incoming electrical signals that a user will touch

Qualsiasi linea I / O che esce dalla scheda può essere connessa a una sorgente di ESD, sia essa un altro dispositivo o una persona. Il modo più semplice per proteggere le uscite pure è di tamponarle con un gate (molte parti della serie 74 e 4000 per fare ciò), o nel caso di un'uscita analogica un opamp. Per gli ingressi puri, ti consigliamo di utilizzare un resistore serie zener / TVS + come il modo più semplice per proteggere tali linee.

Tuttavia, dovresti anche tenere presente che la maggior parte, se non tutti, i microcontrollori e altri dispositivi che potresti voler usare hanno una protezione ESD integrata, a volte cose davvero buone. Hanno una protezione (micro) zener e schottky-to ground / schottky-to-Vcc, che in pratica si prende cura di tutte le tue preoccupazioni. Per rafforzare il tuo design potresti voler aggiungere resistori in serie di circa 1kohm sulle linee in uscita e in entrata - se ciò non influisce sul funzionamento.

Un avvertimento: il fatto che tutti gli ingressi / uscite CMOS MCU abbiano protezione su di essi non significa che tutte le uscite abbiano questa protezione. Ad esempio, le uscite open-drain (spesso utilizzate per le periferiche I2C) sono notoriamente sensibili alle ESD e richiedono una protezione aggiuntiva in ingresso.

Anche le linee USB sono molto sensibili all'ESD. Tuttavia, uno zener standard e soprattutto un TVS non sarà sufficiente a causa della capacità relativamente elevata di questi dispositivi. I bus ad alta velocità richiedono diodi di protezione speciali, ad esempio NXP PRTR5V0U4D. Questi dispositivi sono solo diodi schottky che vanno sulle vostre rotaie di alimentazione, quindi è necessario proteggere ulteriormente anche le sovratensioni dell'alimentatore se non lo si è già fatto!

You should protect and condition all incoming power lines

Le linee elettriche sono di gran lunga il tuo peggior nemico quando si tratta di eventi distruttivi. Naturalmente, un malfunzionamento sulla scheda può far fluire la corrente in eccesso e causare incendi: questo è ciò per cui utilizziamo i fusibili. Fondi sempre le tue schede se prevedi che uno scenario del genere sia possibile. Non è probabile: solo la possibilità è sufficiente. Non preoccuparti della valutazione dei fusibili, non è necessario che sia strettamente associato al consumo di corrente previsto della scheda. L'unica funzione dei fusibili è prevenire gli incendi , quindi assicurati di farlo!

$E=\frac{1}{2}LI^2$

Questo è il motivo per cui sulle linee elettriche, un TV o un MOV è una buona pratica da includere. Naturalmente, anche una certa capacità di massa è molto gradita.

On-board protection and conditioning is very seldomly necessary

I principianti spesso impazziscono ovunque con micce e dispositivi di protezione. Ciò non è necessario, soprattutto se non è possibile che un utente o un'altra fonte di ESD tocchi queste linee. Lo stesso vale per la protezione EMI - spesso semplicemente non necessaria, e se hai un problema EMI di solito ci sono modi migliori per risolverli (come ridurre l'impedenza sorgente / carico con terminazione o buffering).