Apa tujuan dari perlindungan input pada USB (atau sama sekali)?

Saya telah melihat sedikit di mana dioda bias terbalik digunakan untuk menjepit tegangan input ketika paku terjadi.

• Berapakah tegangan balik terbalik tipikal untuk dioda yang digunakan dalam aplikasi jenis ini?

Tampaknya dioda perlindungan ini ada di tempatnya bukan untuk melindungi terhadap tegangan besar yang diberikan oleh pengguna, melainkan di tempat untuk memotong lonjakan tegangan yang mungkin timbul dari pelepasan statis.

• Mengapa mungkin terjadi pelepasan statis, di mana kelebihan muatan ini berasal dari di-sirkuit (pada PCB, bukan papan-roti di mana seseorang dapat memperkenalkan pelepasan), dan berapa besar tegangan khas?

• Mengapa orang tidak juga mempertimbangkan kemungkinan tegangan negatif yang berpotensi besar dan juga menempatkan dioda mundur dari jalur input ke Vcc?

Saya merancang papan breakout sederhana untuk pengontrol yang akan menampilkan data melalui antarmuka USB. Melalui penelitian saya, saya menemukan bahwa banyak desain menggabungkan ini dioda perlindungan bias terbalik pada Vusb, D +, dan D-, namun tidak semua melakukannya.

Sekali lagi, jika semua ini dipasang pada PCB, mengapa mungkin terjadi pelepasan statis secara tiba-tiba dan dari mana asalnya?

• Seberapa sering acara semacam ini dan tanpa dioda ini, apakah mungkin merusak sirkuit?

• Apakah praktik terbaik untuk selalu menyertakan dioda perlindungan ini atau mereka tidak diperlukan pada saat itu? Jika yang terakhir, kasus khusus apa yang dianggap tidak perlu?

• Apakah ada dioda yang berfungsi atau haruskah dengan voltase gangguan tertentu digunakan?

EDIT:

Melihat catatan Aplikasi itu, satu menunjukkan

Sementara yang lain menunjukkan sesuatu yang serupa tetapi tanpa simpul "atas" terhubung ke apa pun. Apakah ini salah cetak atau tersirat terhubung ke Vbus?

Lupakan sejenak tentang USB, karena perangkat ini berguna dalam banyak aplikasi lebih dari sekadar USB. Pertama, dioda dalam dua contoh pertama Anda biasanya tidak berupa sinyal generik atau dioda zener. Mereka biasanya dirancang dioda penekan tegangan transien (TVS).

Dioda TVS hadir dalam berbagai rasa, tetapi ada tiga parameter utama. Pertama, tegangan balik kebalikan maksimum. Ini adalah tegangan kerja. Untuk USB, Anda harus sangat dekat dengan 5V. Hal berikutnya yang ingin Anda lihat adalah tegangan penjepit. Sekali lagi, sekitar 5V untuk USB. Biasanya, arus bocor naik secara signifikan ketika tegangan penjepit mendekati tegangan kebuntuan terbalik. Ketahuilah bahwa jika hal itu penting dalam aplikasi Anda. Parameter kunci terakhir adalah arus balik puncak. Pastikan itu dapat menangani standar yang akan Anda uji.

Ada satu hal lagi yang harus diperhatikan ketika menempatkan TVS dioda pada jalur sinyal kecepatan tinggi (mis. USB, HDMI, Ethernet, dll). Pastikan dioda TVS memiliki kapasitansi rendah. Ada banyak dioda dan array yang cocok untuk tujuan ini dan akan memiliki kapasitansi di lingkungan 0,2pF.

Saya akan langsung beralih ke contoh kedua Anda karena kita berbicara tentang USB di sini. Skema yang ditampilkan akan sesuai jika dioda yang ditampilkan menjepit sekitar 5V, dan sedang mencoba dioda TVS. Dioda zener reguler tidak cukup cepat untuk perlindungan ESD.

Dalam contoh terakhir Anda, Anda mempertanyakan apakah simpul atas terhubung ke Vbus dan menurut datasheet perangkat , itu bukan. Jika peristiwa ESD positif terjadi pada salah satu saluran sinyal, TVS itu akan menjepitnya. Vbus TVS memiliki tegangan penjepit yang lebih tinggi untuk power rail.

Kamu bertanya,

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

Masalah potensial adalah ESD (Electrostatic Discharge) yang berasal dari luar PCB, datang dari konektor USB. Seorang pengguna mungkin membawa produk melintasi karpet atau generator ESD lainnya, dan menyentuh konektor USB dengan jari mereka. Bahkan jika ada kabel yang dicolokkan ke konektor USB, mereka mungkin menyentuh konektor di ujung kabel dan melewati USB.

Hal ini berlaku tidak hanya untuk konektor USB, tetapi konektor apa pun yang keluar dari suatu produk - bahkan colokan listrik.

Ketika kami merancang suatu produk untuk dijual, dan telah mengujinya untuk EMI / EMC (Interferensi Elektromagnetik dan Kompatibilitas), rumah pengujian menyuntikkan lonjakan arus pendek 8.000V (8kV) singkat ke setiap konektor, dan setelah itu menguji perangkat tersebut masih berfungsi dengan benar. Perangkat yang diperlihatkan dalam skema Anda dirancang untuk melindungi dari pembuangan tingkat ini atau lebih tinggi. Tanpa perlindungan ESD, kemungkinan perangkat akan gagal tes ini.

Mengapa mendapatkan sertifikasi UL, yang dapat menelan biaya ribuan dolar di laboratorium uji? Apakah ini persyaratan hukum? Tidak, tetapi banyak pengecer seperti Walmart tidak akan membawa produk elektronik kecuali mereka memiliki label UL. Di Eropa, yang setara adalah tanda CE.