USB (또는 전혀)의 입력 보호 목적은 무엇입니까?


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나는 스파이크가 발생할 때 역 바이어스 다이오드가 입력 전압을 클램핑하는 데 사용되는 곳을 꽤 많이 보았습니다.

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  • 이 유형의 애플리케이션에 사용되는 다이오드의 일반적인 역 항복 전압은 무엇입니까?

이러한 보호 다이오드는 사용자에 의한 큰인가 전압으로부터 보호하기위한 것이 아니라 정전기 방전으로 인해 발생할 수있는 전압 스파이크를 막기위한 것입니다.

  • 정전기 방전이 발생하는 이유는 무엇입니까?이 초과 충전은 회로 내에서 발생합니다 (PCB, 사람이 방전을 일으킬 수있는 보드 보드가 아님). 일반적인 전압 크기는 무엇입니까?

  • 왜 잠재적으로 큰 네거티브 전압의 가능성을 고려하지 않고 입력 다이오드에서 Vcc로 역 다이오드를 배치합니까?


USB 인터페이스를 통해 데이터를 출력하는 컨트롤러 용 간단한 브레이크 아웃 보드를 설계하고 있습니다. 내 연구를 통해 많은 설계에서 Vusb, D + 및 D-에 이러한 역 바이어스 보호 다이오드가 통합되어 있지만 모두 그렇지는 않습니다.

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다시 말하지만,이 모든 것이 PCB에 장착되면 왜 갑자기 정전기가 발생하고 어디서 발생합니까?

  • 이러한 종류의 이벤트는 얼마나 자주 발생하며 이러한 다이오드가 없으면 회로가 손상 될 가능성이 있습니까?

  • 이러한 보호 다이오드를 항상 포함하는 것이 가장 좋은 방법입니까, 아니면 필요하지 않습니까? 후자의 경우 어떤 특별한 경우가 불필요하다고 생각합니까?

  • 다이오드가 작동합니까, 아니면 특정 항복 전압이있는 다이오드를 사용해야합니까?


편집하다:

그 앱 노트를 살펴보면 하나의 쇼가

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다른 하나는 비슷하지만 "top"노드가 연결되지 않은 것을 보여줍니다. 잘못 인쇄되었거나 Vbus에 연결되어 있습니까?

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@NickAlexeev, 앱 링크 감사합니다. 나는 그것들을 살펴보고 이상한 것을 발견하여 위의 편집 내용을 포함시켰다. 필요한 실리콘 면적을 크게 늘리지 않으면 서 각 장치에 많은 보호 기능을 통합 할 수 있기 때문에이 보호 기능을 사용하는 것이 좋습니다.
sherrellbc

답변:


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이러한 장치는 USB보다 훨씬 더 많은 응용 프로그램에 유용하기 때문에 USB는 잠시 잊어 버리십시오. 첫째, 첫 두 예제의 다이오드는 일반적으로 일반 신호 또는 제너 다이오드가 아닙니다. 이들은 일반적으로 TVS (Transient Voltage Suppressor)로 설계된 특수 다이오드입니다.

TVS 다이오드는 다양한 방식으로 제공되지만 세 가지 주요 매개 변수가 있습니다. 먼저 최대 역 스탠드 오프 전압입니다. 이것이 작동 전압입니다. USB의 경우 5V에 매우 가깝기를 원할 것입니다. 다음으로 살펴볼 것은 클램핑 전압입니다. USB의 경우 약 5V입니다. 일반적으로 클램핑 전압이 역 스탠드 오프 전압에 근접 할 때 누설 전류가 크게 상승합니다. 응용 프로그램에서 중요한 경우에주의하십시오. 마지막 키 파라미터는 피크 역전 류입니다. 테스트 할 표준을 처리 할 수 ​​있는지 확인하십시오.

고속 신호선 (예 : USB, HDMI, 이더넷 등)에 TVS 다이오드를 배치 할 때주의해야 할 사항이 하나 더 있습니다. TVS 다이오드의 정전 용량이 낮은 지 확인하십시오. 이 목적에 적합한 많은 다이오드와 어레이가 있으며 0.2pF 부근에서 커패시턴스를 갖습니다.

여기서는 USB에 대해 이야기하고 있으므로 두 번째 예제로 바로 넘어가겠습니다. 그림의 다이오드가 약 5V로 클램핑되고 TVS 다이오드를 시도하는 경우 표시된 방식이 적합합니다. 일반 제너 다이오드는 ESD 보호를 위해 충분히 빠르지 않습니다.

마지막 예에서 최상위 노드가 Vbus에 연결되어 있는지 여부를 질문하고 장치 데이터 시트 에 따르면 그렇지 않습니다. 신호 라인 중 하나에서 ESD 이벤트가 발생하면 해당 TVS가이를 차단합니다. Vbus TVS는 파워 레일의 클램핑 전압이 더 높습니다.


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당신은 물었다

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

잠재적 인 문제는 PCB 외부에서 발생하는 ESD (정전기 방전)이며 USB 커넥터에서 발생합니다. 사용자가 카펫이나 다른 ESD 발생기를 가로 질러 제품을 운반하고 손가락으로 USB 커넥터를 만질 수 있습니다. USB 커넥터에 케이블이 연결되어 있어도 케이블의 다른 쪽 끝에있는 커넥터에 닿아 USB를 통과 할 수 있습니다.

이는 USB 커넥터뿐만 아니라 제품에서 나오는 모든 커넥터, 심지어 전원 잭에도 해당됩니다.

판매 할 제품을 설계하고 EMI / EMC (전자파 간섭 및 호환성) 테스트를 수행 한 경우 테스트 하우스는 각 커넥터에 짧은 8,000V (8kV)의 저 전류 스파이크를 주입 한 후 장치의 테스트를 수행합니다. 여전히 올바르게 작동합니다. 회로도에 표시된 장치는이 수준 이상의 방전을 방지하도록 설계되었습니다. ESD 보호 기능이 없으면 장치가이 테스트에 실패 할 수 있습니다.

테스트 실험실에서 수천 달러의 비용이 드는 UL 인증을 받아야하는 이유는 무엇입니까? 법적 요구 사항입니까? 아니요. 그러나 Walmart와 같은 많은 소매 업체는 UL 레이블이 없으면 전자 제품을 휴대하지 않습니다. 유럽에서는 이에 상응하는 CE 마크가 있습니다.

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