Urządzenia zabezpieczające przed wyładowaniami elektrostatycznymi - potrzebne do MCU?

9

Pracuję z dwoma układami scalonymi na płycie, dsPIC33F i PIC24F, a także szeregowym EEPROM (24FC1025.)

Widziałem te małe urządzenia zabezpieczające przed wyładowaniami elektrostatycznymi w pakietach 0603:

http://uk.farnell.com/panasonic/ezaeg3a50av/esd-suppressor-0603-15v-0-1pf/dp/1292692RL

Czy jest to konieczne w przypadku MCU takich jak ja? Płytki mogą być stale obsługiwane, a interfejsy zewnętrzne (I2C, UART) mogą być narażone na wyładowania elektrostatyczne.

Czy wewnętrzne diody i tak chronią układ i czynią je bezcelowymi?

Thomas O
źródło

Odpowiedzi:

4

Z pewnością możesz korzystać z takich urządzeń. Zazwyczaj są złym wyborem dla wszystkiego, co ma niższe wymagania dotyczące zużycia energii, ponieważ mają wysoki prąd upływowy.

Trzeba również uważać na napięcie zaciskające, ESD ~ 200 V może uszkodzić mikrokontroler, urządzenie, które podłączono, ma maksymalną wartość 500 V. Upewnij się, że wszystko, co próbujesz chronić, jest faktycznie chronione w zakresie, w jakim tego potrzebuje.

W przypadku linii cyfrowych należy również zwrócić uwagę na pojemność tych urządzeń / pakietów, mogą one popsuć integralność sygnału.

To, co zwykle robię, jeśli dane wejściowe prawdopodobnie zostaną trafione przez ESD, tak jak dane wejściowe, które często są łączone w terenie, używają 2-etapowego podejścia.

Najpierw użyj urządzenia ESD lub diod bliżej obwodu, aby zabezpieczyć, którego typu użyłbym, zależy od danego sygnału / obwodu. Ma to na celu ochronę przed niższymi skokami, powiedzmy 8kV. Coraz częściej widzisz tego rodzaju ochronę wewnątrz urządzeń, zwłaszcza urządzeń brzegowych, takich jak napędy RS232 i sterowniki linii.

Po drugie, kiedy budujesz płytkę drukowaną, użyj iskierników, co tak naprawdę nie jest niczym innym, jak umieszczeniem 2 padów na powierzchni płytki drukowanej, z których 1 jest sygnałem, a drugi jest dobrym gruntem i rozstawia je bardzo blisko siebie, na przykład 6 ty niezależnie. To ochroni przed uderzeniami wyższego napięcia, takimi jak 25kV. Całkiem prosta koncepcja, wysokie napięcie przeskakuje szczelinę i przechodzi prosto na ziemię. Uważaj tylko, jak je umieścić, tak blisko złącza, jak to możliwe, z najlepszym możliwym połączeniem uziemiającym.

Zwróć również uwagę na proces produkcji, którego używasz, nie chcesz, aby lut przypadkowo wypełnił lukę.

Luki mogą być trudne do zrobienia w przypadku cyfrowych śladów i unikania zmiany impedancji, zwykle wymagają dostosowania zakończenia sygnału po uruchomieniu prototypu.

Istnieje spór o właściwy kształt padu, niektórzy używają półksiężyców, inni używają spiczastych trójkątów z końcami blisko siebie, a niektórzy używają kwadratowych padów. Zawsze korzystałem z kwadratowych padów, im więcej obszaru znajduje się blisko drugiego pada, tym więcej powtarzających się uderzeń przeżyje przerwa. Kompromis polega na tym, że kwadratowe pady dołożą wszelkich starań, aby zapewnić brak mostkowania lutu. Najlepszą odpowiedzią jest, aby CM w ogóle nie nakładał lutu na te pady, ale może to wymagać specjalnego wysiłku z ich strony.

znak
źródło
Wow, prąd upływowy jest nieco wysoki, ale czy 2mA generalnie spowoduje problemy? I2C jest jedyną rzeczą, która może potencjalnie powodować problemy, ponieważ jest to otwarty kolektor. Mam rezystory 1k, więc 1k * 0,002 = spadek 2V. Niedobrze. Czy robię to dobrze?
Thomas O
1
tak, istnieją urządzenia specjalnie zaprojektowane do ochrony szeregowych linii danych, na przykład: st.com/stonline/products/literature/ds/13569/esdalc6v1-5p6.htm prąd upływowy 70nA, pojemność 12pF (całkowicie w porządku dla I2C) i zaciski przy około 14 V. Ponadto łatwym sposobem na dodanie dodatkowej ochrony I2C jest umieszczenie rezystora szeregowego zarówno na liniach danych, jak i zegarowych, bardzo blisko każdego układu scalonego magistrali. Idealnie dopasowane do impedancji śladowej - impedancji wyjściowej sterownika, która zwykle wynosi 7-9 omów. Tak więc dla śladu 50 omów, 41-43 omów dla opornika jest dobre.
Mark
ponadto użycie terminacji źródła w I2C jest dobrym pomysłem za każdym razem, gdy masz wiele urządzeń lub autobus będzie długi (jak przejście przez kabel). Zminimalizuje dzwonienie i zapobiegnie odbiciom. Być może będziesz musiał zmodyfikować wartości rezystora w zmontowanym urządzeniu podczas śledzenia-> złącze-> kabel-> złącze-> ślad, co jeśli nie dopasujesz wszystkich tych impedancji, pojawi się pewna dziwność w ogólnej impedancji ścieżki. Jeśli magistrala I2C działa dość wolno w porównaniu do długości przebiegu, może to wcale nie mieć znaczenia.
Mark
1
Jeśli jeździsz dowolną magistralą z częstotliwością taktowania, w której 12pF jest zbyt znacząca, naprawdę mam nadzieję, że zwracasz bardzo, bardzo dużą uwagę na integralność sygnału, ponieważ częstotliwość taktowania musi być bardzo wysoka. Przy 10 MHz z 1k podciągnięciami 100pF będzie limitem magistrali bez kontroli prędkości narastania, ale wszystko, co działa tak szybko, będzie miało kontrolę szybkości narastania lub będzie różnicowe. I2C przy 400 kHz pozwala na uzyskanie pojemności 400 pF pojemności magistrali bez kontroli prędkości narastania, więcej jest możliwe przy odpowiedniej kontroli. Więc jeśli używasz tylko 16-bitowych PIC, bardzo wątpię, czy autobus jedzie tak szybko, że 14pF to wielka sprawa.
Mark
1
Z tej strony wygląda dobrze. Nie wiem, jak mierzą 0,15 pF, zgaduję, że pojemność pakietu jest gdzieś w tej okolicy lub wyżej. W rzeczywistości, gdy umieścisz te części na płycie, pojawi się również pewna ilość indukcyjności ołowiu, która działa, aby przeciwdziałać pojemności tej części. Dlatego pracując z bardzo małymi nasadkami, takimi jak 10nF, musisz upewnić się, że używasz najmniejszego dostępnego pakietu, aby zneutralizować jak najwięcej efektu indukcyjności ołowiu.
Mark
4

Podobne sygnały umieszczam na sygnałach opuszczających płytę, takich jak UART, Ethernet, cyfrowe We / Wy. Nie martw się o sygnały wewnętrzne.

O diodach wewnętrznych: Istnieje limit tego, co zajmie dioda. Wewnętrzne diody będą normalne przy normalnej obsłudze. Diody zewnętrzne będą chronić przed większymi wstrząsami dywanu w środku zimy.

Robert
źródło
„Kudły dywan w środku zimy” Uwielbiam to!
Thomas O