露出した回路の接地ピンでのESDストライク

充電とデータ転送のために外部に露出されたUSBコネクタを備えたバッテリ駆動デバイス用の回路を設計しました。これは非標準のドッキング可能なUSBコネクタで、シールド接続は利用できません。回路全体は、以下の画像のように、シャーシ/保護接地の可能性がないプラスチックケースに収納されています。

ESD保護のために、私はここに提供されているほぼ正確な設計推奨事項に従いました：http : //www.semtech.com/images/promo/Protecting_USB_Ports_from_ESD_Damage.pdf

Vbus、D +、またはD-が正または負のESDパルスに当たったときに電流経路を視覚化できます。つまり、ステアリングダイオードが負のパルスの順方向導通または正のパルスの中央TVSに迂回します。理解が外れている場合は修正してください。

ただし、露出したGNDピン自体がザップを受けた場合、どうなるかわかりません。

質問：

1. GNDピンでの負のESDストライクは、Vbusでの正のパルスと同じ効果、つまりクランプにつながる中央アバランシェTVSのブレークダウンを持ちますか？

2. GNDに正のESDストライクが発生した場合、ステアリングダイオードまたは中央のTVSが順方向に導通し、エネルギー全体（ダイオードのVfがマイナスの場合は、それが重要な場合）を回路の残りの部分に渡し、それによって大混乱を引き起こします。 ！？私は以下の状況を描こうとしました：

（上記のリンクから変更された画像）

私が検討しているソリューション：

1. 中央のTVSからVbusを切断し、VbusとGNDの間にスタンドアロンの双方向TVSを導入し、残りの回路に対して逆電圧保護を行います（双方向のTVSの-Vclampを許容するため）。それでもステアリングダイオードの導通が妨げられることはありません。さらに、他の露出したIOピンでGNDにシャントする他の単方向TVSダイオードがあり、これも順方向導通になる場合があります。

2. それが提供する可能性のあるわずかなインピーダンスのために、露出したUSB GNDと回路GNDの間にフェライトビーズを導入してください！

任意の提案/洞察は大歓迎です、ありがとう！

PS：

• 回路はVbusから電力を引き出すことができるため、Vbus-GNDループに直列抵抗を追加することはできません

• IEC 61000-4-2、レベル4（8 / 15kV接触/空気放電）に基づく計画テスト。テスト中、USBケーブルが接続されていない状態でデバイスがバッテリー電源で動作するため、すべてのピンにESDストライクが容易にアクセスできます。

最初に頭に浮かぶのは、ESDテストは、通常の操作中に通常アクセス可能なポイントで行う必要があるということです。何を構築するのかを説明していないので、質問では、漠然とした答えを補います。テストも質問に記載されていません。最も重要なことは、ESDガンが接続されているポイントです。人間の体モデルは、アースに関するものです。

ポジティブストライキとは、アースに関してポジティブなことですか？何に関してポジティブ？電流は、インピーダンスが最も低い経路をソースに戻します。ESDガンのマイナス側またはアース側を何かに接続する必要があります。通常、アースまたはシャーシアースに接続されます。電流はソースに戻る必要があるため、ESDガンをグラウンドに接続した状態でボードにぶつかった場合、ボードには複数の「潜在的な」パスがあり、パスが戻る可能性があります。USBシールド、USBグランド、D +とD-ワイヤー、Vバスと空気があります。空気は、容量が数pFの10 ^ 6〜10 ^ 9の抵抗のようなものです。D +ワイヤーとD-ワイヤーには、少なくともRtのプラス抵抗とケーブルの駆動端の抵抗があります。Vbusにはおそらく電圧レギュレータが搭載されているため、Rtの電圧レギュレータよりも低くなります。

したがって、答えは、アースをソースに戻すことです（ESDガンがアースに接続されており、すべてのパスである程度見られる場合、アースは電流の大部分を占めます）。

設計に戻る：USBの周りにシールドを設ける理由は、V +およびV-ケーブルの隣にある接地線からノイズとESDを回避するためです。相互誘導結合のため、データラインに渡るトランジェントが発生し、少なくとも、送信されたパケットをノックアウトするノイズが発生する可能性があります。

最良の方法は、シールドを使用してノイズとESDをデータラインとUSBグラウンドから遠ざけることです。次善の策（推奨はされません）は、USBケーブルのアース線にESDを流すことです。

PCBが人間によって処理されている場合、PCBを設計してみてください。そのため、ESDイベントで最初に見られるのは接地です。理想的な状況は、USBシールドに接続されたデバイスを囲む金属ケースがあることです。エンクロージャーをシールドに接続できない場合（非推奨）は、アースに接続します。エンクロージャーがない場合は、ガードリングと適切な正常なグラウンドプレーンを使用してください。

バッテリー駆動のデバイスの場合、接地されていないため、最終的には「放電しない」と表示されます。これは、ESDの合格シナリオと見なされます。技術者がすべてのザップの後に地面に放電するのを助けない限り。

ESDがより速く中和できるようにするには、VbusとGndの間に10uFのキャップを追加します。USBコネクタに最も近い。+ 8kVをGndにザッピングすると、キャップは少し放電してESDエネルギーを取り込みます。私が望まないのは、自分の地面からの放電の移動を見つけて、あるコンポーネントの接地ピンに行ってから、コンポーネントの電源ピンを出ることです。

セラミックベースのTVSが登場し、その反応時間は従来のダイオードベースのTVSよりもはるかに高速です。