노출 된 회로 접지 핀의 ESD 스트라이크

충전 및 데이터 전송을 위해 USB 커넥터가 외부에 노출되어있는 배터리 작동 장치의 회로를 설계했습니다. 차폐 연결을 사용할 수없는 비표준, 도킹 가능한 USB 커넥터이며 전체 회로는 아래 이미지와 같이 섀시 / 보호 접지가없는 플라스틱 케이스에 들어 있습니다.

ESD 보호를 위해 여기에 제공된 정확한 설계 권장 사항을 거의 준수했습니다. http://www.semtech.com/images/promo/Protecting_USB_Ports_from_ESD_Damage.pdf

Vbus, D + 또는 D-가 포지티브 또는 네거티브 ESD 펄스에 닿을 때 전류 경로를 시각화 할 수 있습니다. 즉, 스티어링 다이오드가 네거티브 펄스에 대해 순방향 전도를 수행하거나 포지티브 펄스를 위해 중앙 TVS로 전환하면 내 이해가 꺼져 있는지 수정하십시오.

그러나 노출 된 GND 핀 자체가 zap을 수신하면 어떻게 될지 잘 모르겠습니다.

질문 :

1. GND 핀의 네거티브 ESD 스트라이크는 Vbus의 포지티브 펄스와 같은 영향을 미치게됩니까 (예 : 중앙 애벌 런치 TVS 고장) 클램핑으로 이어 집니까?

2. GND에 포지티브 ESD 스트라이크가 발생하면 스티어링 다이오드 및 / 또는 중앙 TVS가 전진하여 전체 에너지 (마이너스가 1이면 마이너스 1 Vf 감소)를 회로의 나머지 부분으로 전달하여 혼란을 유발합니다. !? 아래 상황을 묘사하려고했습니다.

(위에 인용 된 링크에서 수정 된 이미지)

내가 고려하고있는 솔루션 :

1. 중앙 TVS에서 Vbus를 분리하고 Vbus와 GND간에 독립된 양방향 TVS를 도입하여 나머지 회로에 대한 역 전압 보호 기능을 제공합니다 (bi-dir TVS의 -Vclamp 허용). 그래도 스티어링 다이오드의 전도를 막을 수는 없으며 노출 된 다른 IO 핀에서 GND로 분기되는 다른 단방향 TVS 다이오드가 있으며 이는 전도를 전달할 수도 있습니다.

2. 노출 된 USB GND와 회로 GND 사이에 제공되는 빈약 한 임피던스에 대한 페라이트 비드를 소개하십시오!

모든 제안 / 통찰력은 환영합니다, 감사합니다!

추신:

• 회로는 Vbus에서 전력을 끌어 올 수 있으므로 Vbus-GND 루프에 직렬 저항을 추가 할 수 없습니다

• IEC 61000-4-2 , 레벨 4 (8 / 15kV 접촉 / 공기 방출)에 따라 계획된 테스트 . USB 케이블이 연결되지 않은 상태에서 테스트하는 동안 장치가 배터리 전원으로 작동하므로 ESD 핀에 대해 모든 핀에 쉽게 액세스 할 수 있습니다.

가장 먼저 염두에 두어야 할 것은 ESD 테스트는 정상 작동 중에 일반적으로 액세스 할 수있는 지점에서 수행해야한다는 것입니다. 당신이 짓고있는 것을 묘사하지 않았기 때문에, 당신의 질문에서 그것은 모호한 답변을 구성합니다. 테스트는 귀하의 질문에 설명되어 있지 않으며 가장 중요한 것은 ESD 건이 연결된 지점입니다. 인간의 몸 모델은 접지에 대하여이다.

당신이 긍정적 인 타격을 말할 때, 당신은 지상에 대하여 긍정적 인 것을 의미합니까? 무엇에 대해 긍정적입니까? 전류는 가장 낮은 임피던스 경로를 다시 소스로 가져옵니다. ESD 건의 음극 또는 접지면을 무언가에 연결해야합니다. 일반적으로 접지 또는 섀시 접지에 연결됩니다. 전류는 소스로 다시 이동해야하므로 ESD 건이지면에 연결된 상태에서 보드에 부딪히면 회수 할 수있는 몇 가지 '잠재적'경로가 있습니다. USB 쉴드, USB 접지, D + 및 D- 와이어, Vbus 및 공기가 있습니다. 공기는 몇 pF의 커패시턴스를 갖는 10 ^ 6 ~ 10 ^ 9 저항과 같습니다. D +와 D- 와이어는 적어도 Rt의 저항과 케이블의 구동 단에있는 것 이상의 저항을가집니다. Vbus에는 아마도 전압 레귤레이터가있을 것이므로 Rt보다 낮을 것입니다.

따라서 답은 지구를 다시 소스로 가져갈 것입니다 (ESD 건이 접지에 연결되어 있고 모든 경로에서 어느 정도 볼 수 있다면 접지는 대부분의 전류를 소비합니다)

설계로 돌아 가기 : USB 주변에 차폐를 두어야하는 모든 이유는 V + 및 V- 케이블 옆에있는 접지선에서 노이즈와 ESD를 분로하기위한 것입니다. 상호 유도 결합으로 인해 데이터 라인으로 교차하는 과도 현상이 발생하고 최소한 전송 된 패킷을 녹이는 잡음이 발생할 수 있습니다.

가장 좋은 방법은 쉴드를 사용하여 데이터 라인과 USB 접지에서 노이즈와 ESD를 분로하는 것입니다. 다음으로 가장 좋은 방법은 USB 케이블의 접지선 아래로 ESD를 분류하는 것입니다.

PCB가 사람에 의해 처리되는 경우 PCB 이벤트가 ESD를 통해 가장 먼저 발견되도록 접지를 설계하십시오. 이상적인 상황은 USB 차폐 장치에 묶인 장치를 둘러싸는 금속 케이스를 사용하는 것입니다. 인클로저를 실드에 묶을 수없는 경우 (권장되지 않음) 접지에 묶으십시오. 인클로저가없는 경우 보호 링과 건전한 접지면을 사용해보십시오.

배터리로 작동되는 장치 의 경우 접지 되지 않았 으므로 결국 방전되지 않음 으로 표시됩니다. ESD에 대한 통과 시나리오를 고려하십시오. 기술자가 모든 ZAP 후에지면으로 방전하도록 도와주지 않는 한.

ESD가 더 빨리 중화되도록하려면 Vbus와 Gnd 사이에 10uF 캡을 추가하십시오. USB 커넥터에 가장 가깝습니다. zap + 8kV를 Gnd로 전환하면 캡이 약간 방전되어 일부 ESD 에너지를 흡수합니다. 내가 원하지 않는 것은 내 접지에서 방전 이동을 찾고 일부 구성 요소의 접지 핀으로 이동 한 다음 구성 요소의 공급 핀을 종료하는 것입니다.

세라믹베이스 TVS가 나오고 반응 시간이 기존 다이오드베이스 TVS보다 훨씬 빠릅니다.