ESD strike pada pin ground rangkaian terbuka

Saya telah merancang sebuah rangkaian untuk perangkat yang dioperasikan dengan baterai yang memiliki konektor USB terbuka untuk pengisian daya dan transfer data. Ini adalah konektor USB non-standar yang dapat di-dock tanpa koneksi perisai yang tersedia dan seluruh rangkaian ditempatkan dalam casing plastik tanpa sasis / kemungkinan pembumian pelindung, seperti gambar di bawah ini:

Untuk perlindungan ESD, saya telah mengikuti hampir semua rekomendasi desain yang diberikan di sini: http://www.semtech.com/images/promo/Protecting_USB_Ports_from_ESD_Damage.pdf

Saya dapat memvisualisasikan jalur saat ini ketika Vbus, D + atau D- terkena oleh pulsa ESD positif atau negatif yaitu kemudi dioda meneruskan perilaku untuk pulsa negatif atau mengalihkan ke TVS pusat untuk pulsa positif, harap perbaiki jika pemahaman saya tidak aktif.

Namun, saya tidak yakin apa yang akan terjadi jika pin GND yang terbuka itu sendiri menerima zap.

Pertanyaan:

1. Akankah pemogokan ESD negatif pada pin GND memiliki efek yang sama dengan pulsa positif pada Vbus, yaitu kerusakan dari longsoran TVS pusat yang mengarah ke penjepitan?

2. Jika pemogokan ESD positif pada GND, akankah dioda kemudi dan / atau TVS pusat meneruskan dan meneruskan seluruh energi (minus 1 diode Vf drop, jika itu penting) ke seluruh rangkaian, dengan demikian menghancurkan kekacauan !? Saya mencoba menggambarkan situasi di bawah ini:

(Gambar dimodifikasi dari tautan yang dikutip di atas)

Solusi yang saya pertimbangkan:

1. Putuskan sambungan Vbus dari TVS pusat dan kenalkan TVS dua arah yang berdiri sendiri antara Vbus dan GND dengan perlindungan tegangan balik berikutnya untuk seluruh rangkaian (untuk mentolerir -Vclamp dari TVS bi-dir). Ini mungkin tidak mencegah dioda kemudi dari melakukan, ditambah ada dioda TVS searah lainnya shunting ke GND pada pin IO terbuka lainnya, yang juga dapat meneruskan perilaku.

2. Kenalkan manik ferit antara USB GND yang terbuka dan sirkuit GND untuk impedansi apa pun yang mungkin diberikannya!

Setiap saran / wawasan diterima, terima kasih!

PS:

• Karena sirkuit dapat menarik daya dari Vbus, resistor seri tidak dapat ditambahkan dalam loop Vbus-GND

• Tes yang direncanakan sesuai IEC 61000-4-2 , Level 4 (debit kontak / udara 8 / 15kV). Perangkat akan beroperasi dengan daya baterai selama pengujian tanpa kabel USB tersambung, karenanya semua pin akan mudah diakses untuk serangan ESD.

Hal pertama yang terlintas dalam pikiran adalah bahwa pengujian ESD harus dilakukan pada titik-titik yang biasanya dapat diakses selama operasi normal. Karena Anda belum mendeskripsikan apa yang Anda sedang membangun, dalam pertanyaan Anda, jawaban itu menjadi semacam jawaban yang tidak jelas. Pengujian juga tidak dijelaskan dalam pertanyaan Anda, dan yang paling penting adalah poin apa yang terhubung dengan pistol ESD. The Model tubuh manusia adalah sehubungan dengan tanah bumi.

Ketika Anda mengatakan serangan positif, apakah maksud Anda positif sehubungan dengan tanah bumi? Positif sehubungan dengan apa? Arus akan mengambil jalur impedansi terendah kembali ke sumbernya. Anda harus menghubungkan sisi negatif atau tanah dari pistol ESD ke sesuatu. Biasanya itu terhubung ke ground bumi atau ground chassis. Arus harus berjalan kembali ke sumbernya, jadi jika Anda menekan papan dengan pistol ESD yang terhubung ke ground, ia memiliki beberapa jalur 'potensial' yang dapat diambilnya kembali. Ada pelindung usb, kabel usb, kabel D + dan D, Vbus, dan udara. Udara seperti resistor 10 ^ 6 hingga 10 ^ 9 dengan beberapa pF tentang kapasitansi. D + dan kabel D memiliki setidaknya resistensi Rt ditambah apa pun yang ada di ujung kabel penggerak. Vbus mungkin akan memiliki regulator tegangan di atasnya sehingga akan kurang dari Rt.

Jadi jawabannya adalah, ini akan membawa bumi kembali ke sumbernya (jika Anda memiliki pistol esd yang terhubung ke tanah, dan semua jalur akan melihatnya sampai batas tertentu, tanah akan mengambil sebagian besar arus)

Kembali ke desain: Seluruh alasan untuk memiliki pelindung di sekitar USB adalah untuk melepaskan noise dan ESD dari kabel pentanahan yang berada di sebelah kabel V + dan V-. Karena kopling induktif bersama, Anda bisa mendapatkan beberapa transien yang menyeberang ke dataline dan setidaknya menciptakan suara yang merobohkan paket yang dikirim.

Hal terbaik adalah menggunakan perisai untuk mengeluarkan suara dan ESD dari datalines dan usb ground. Hal terbaik berikutnya (dan tidak disarankan) adalah untuk melepaskan ESD ke kabel ground kabel usb.

Jika pcb sedang ditangani oleh manusia coba dan rancang pcb tersebut, maka ground adalah hal pertama yang dilihat oleh acara ESD. Situasi yang ideal adalah memiliki kotak logam yang membungkus perangkat Anda dengan perisai usb. Jika Anda tidak dapat mengikat penutup ke pelindung (tidak disarankan) ikat ke ground. Jika Anda tidak dapat memiliki penutup maka coba dan gunakan cincin pengaman dan bidang tanah yang sehat.

Untuk perangkat yang dioperasikan dengan baterai, Anda pada akhirnya akan menemukan Tidak Discharge karena tidak terhubung ke ground. Yang mempertimbangkan skenario lewat untuk ESD. Kecuali teknisi membantu Anda untuk melepaskan ke tanah setelah setiap zap.

Untuk memungkinkan ESD menetralkan lebih cepat, tambahkan tutup 10uF antara Vbus dan Gnd. Paling dekat ke konektor USB. Ketika zap + 8kV ke Gnd, tutupnya akan mengeluarkan sedikit untuk mengambil energi ESD. Apa yang saya tidak ingin adalah menemukan perjalanan keluar dari tanah saya, pergi ke pin tanah di beberapa komponen dan kemudian keluar dari pin pasokan komponen.

TVS berbasis keramik datang dan waktu reaksinya jauh lebih cepat daripada TVS dioda konvensional.