USB（またはまったく）の入力保護の目的は何ですか？

スパイクが発生したときに入力電圧をクランプするために逆バイアスされたダイオードが使用されるところをかなり見ました。

• このタイプのアプリケーションで使用されるダイオードの典型的な逆ブレークダウン電圧は何ですか？

これらの保護ダイオードは、ユーザーによる大きな印加電圧から保護するためではなく、静電気放電から発生する可能性のある電圧スパイクを吸収するために配置されているようです。

• なぜ静電気放電が発生する可能性がありますか？この過剰な電荷は回路内（人が放電を引き起こす可能性のあるブレッドボードではなく、PCB上）から来るのでしょうか？また、典型的な電圧の大きさは何ですか？

• 潜在的に大きな負電圧の可能性も考慮せず、入力ラインからVccへの逆ダイオードも配置しないのはなぜですか？

USBインターフェイスを介してデータを出力するコントローラー用の簡単なブレイクアウトボードを設計しています。私の研究を通して、多くのデザインがこれらの逆バイアス保護ダイオードをVusb、D +、およびD-に組み込んでいることがわかりましたが、すべてではありません。

繰り返しますが、これらのすべてがPCBに実装されている場合、なぜ突然の静電気放電が発生し、どこで発生するのでしょうか？

• この種のイベントはどのくらいの頻度で発生し、これらのダイオードがないと回路が損傷する可能性がありますか？

• これらの保護ダイオードを常に含めることをお勧めしますか、それとも時々必要ではありませんか？後者の場合、どのような特別なケースがそれらを不要とみなしますか？

• ダイオードは機能しますか、または特定のブレークダウン電圧を持つダイオードを使用する必要がありますか？

編集：

これらのアプリノートを見ると、

もう一方は似たようなものですが、「トップ」ノードは何にも接続されていません。これは誤植ですか、それともVbusに接続することを意味しますか？

これらのデバイスは、USBだけでなく多くのアプリケーションで役立つため、しばらくの間USBを忘れてください。まず、最初の2つの例のダイオードは通常、一般的な信号またはツェナーダイオードではありません。これらは通常、目的に応じて設計された過渡電圧サプレッサー（TVS）ダイオードです。

TVSダイオードにはさまざまな種類がありますが、3つの重要なパラメーターがあります。まず、最大逆スタンドオフ電圧。これが動作電圧です。USBの場合は、5Vに非常に近づけることをお勧めします。次に確認する必要があるのは、クランプ電圧です。繰り返しますが、USBの場合は約5Vです。通常、漏れ電流は、クランプ電圧が逆スタンドオフ電圧に近づくにつれて大幅に増加します。アプリケーションで重要な場合に注意してください。最後の重要なパラメータは、ピーク逆電流です。テスト対象の標準を処理できることを確認してください。

高速信号ライン（USB、HDMI、イーサネットなど）にTVSダイオードを配置する場合、もう1つ注意が必要です。TVSダイオードが低容量であることを確認してください。この目的に適した多くのダイオードとアレイがあり、0.2pF付近の容量を持ちます。

ここではUSBについて説明しているので、2番目の例をすぐにスキップします。示されているダイオードが約5Vをクランプし、TVSダイオードを試している場合、示されているスキームが適切です。通常のツェナーダイオードは、ESD保護に十分な速度ではありません。

最後の例では、最上位ノードがVbusに接続されているかどうかを質問しますが、デバイスのデータシートによると接続されていません。信号線のいずれかで正のESDイベントが発生した場合、そのTVSはそれをクランプします。Vbus TVSには、電源レールのクランプ電圧が高くなっています。

あなたが尋ねた、

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

潜在的な問題は、PCBの外部から発生し、USBコネクタから発生するESD（静電放電）です。ユーザーが製品をカーペットやその他のESDジェネレーターの上で運んでいて、USBコネクタに指で触れている場合があります。USBコネクタにケーブルが差し込まれている場合でも、ケーブルのもう一方の端のコネクタに触れて、USBを通過させる可能性があります。

これは、USBコネクターだけでなく、製品から出てくるコネクター、つまり電源ジャックにも当てはまります。

販売する製品を設計し、EMI / EMC（電磁干渉と互換性）のテストを行うと、テストハウスは各コネクタに短い8,000V（8kV）の低電流スパイクを注入し、その後デバイスをテストしますそれでも正常に機能します。回路図に示されているデバイスは、このレベル以上の放電から保護するように設計されています。ESD保護がないと、デバイスがこのテストに失敗する可能性があります。

テストラボで数千ドルの費用がかかるUL認証を取得する理由 法的要件ですか？いいえ、しかし、ウォルマートなどの多くの小売業者は、ULラベルを持たない限り、電子製品を持ち運びません。ヨーロッパでは、同等のものはCEマークです。