愛好家の設計のためのESD保護に関するヒント


15

私はついに個人的なプロジェクトのために単純なPCB設計に入り、USBポートのようなボードの露出部分のESD保護を心配しています。リストストラップがどのように機能するかを知っており、最新のCMOS IC入力のクランプダイオードのようなものを理解しています(そして、基本的にこれらのことについてのみ説明している多くの記事)、しかし、私はディスクリートESD保護デバイスにもっと興味があります。それらをどのように選択して使用する必要がありますか?デバイスのスペクトルとそれらの適用方法を説明する一般的なチュートリアルはありますか?たとえば、TVSがどのように機能するかを説明する非常に良い記事を見つけましたが、どのような状況で適切なソリューションであるか、なぜ他のデバイスよりもそれらを選択するのか、などです。


回答:


14

これは素晴らしい質問です。なぜなら、「初心者」(もしあれば)が次のことに気分がよくないことが多いためです。

  • 電気的保護と調整の重要性
  • 電気的保護を配置する場所

これがあなたがすべきことです:

You should protect any outgoing and incoming electrical signals that a user will touch

ボードを出るI / Oラインは、ESDの発生源に接続されている可能性があります-それは別のデバイスでも人でもです。純粋な出力を保護する最も簡単な方法は、ゲート(これを行うために74および4000シリーズパーツのロット)でバッファするか、アナログ出力の場合はオペアンプをバッファすることです。純粋な入力の場合、このようなラインを保護する最も簡単な方法としてツェナー/ TVS +シリーズ抵抗を使用する必要があります。

ただし、すべてではありませんが、ほとんどのマイクロコントローラーや使用する可能性のあるその他のデバイスには、ESD保護が組み込まれている場合があります。それらは、(マイクロ)ツェナーとショットキーからグランド/ショットキーからVccの両方の保護を備えており、基本的にすべての心配事を処理します。デザインを強化するために、発信回線と着信回線に約1kΩの直列抵抗を追加することができます-これが動作に影響しない場合。

警告:すべてのMCU CMOS入力/出力に保護があるという事実は、すべての出力にこの保護があることを意味しません。たとえば、オープンドレイン出力(I2C周辺機器によく使用されます)は、ESDに敏感であることが有名であり、追加の入力保護が必要です。

また、ESDに非常に敏感なのはUSBラインです。ただし、これらのデバイスの静電容量が比較的高いため、沼地の標準ツェナー、特にTVSでは十分ではありません。高速バスには、NXP PRTR5V0U4Dなどの専門的な保護ダイオードが必要です。これらのデバイスは、電源レールに接続するショットキーダイオードであるため、電源をまだ保護していない場合は、電源も過電圧保護する必要があります。

You should protect and condition all incoming power lines

破壊的な出来事に関しては、電力線は間違いなく最悪の敵です。もちろん、ボードの誤動作により、過電流が流れて火災が発生する可能性があります-これがヒューズの使用目的です。そのようなシナリオが可能になると予想される場合は、常にボードから溶断してください。ありそうもない-可能性だけで十分です。ヒューズの定格について心配する必要はありません。ボードの予想消費電流と厳密に一致させる必要はありません。ヒューズの唯一の機能は火災を防ぐことですので、それを確認してください!

ただし、電力線で発生する可能性があるのは、連続的な大電流だけではありません。入ってくる電力線は、多くの場合、関連付けられた高いインダクタンスを持つ長いワイヤであり、多くの場合、µHのオーダーまたは数十µHです。1Aを消費するアプリケーションがある場合、これは定常状態ではこの(寄生)インダクタンスにが含まれることを意味しますE=12L2

電力線では、TVSまたはMOVを含めるのが良い理由です。もちろん、いくつかのバルク容量も大歓迎です。

On-board protection and conditioning is very seldomly necessary

初心者は、多くの場合、どこでもヒューズと保護装置を完全に使いこなします。特に、ユーザーまたは他のESD発生源がこれらのラインに触れる方法がない場合、これは必要ありません。同じことはEMI保護にも当てはまります。多くの場合、必要ではありません。EMIの問題がある場合は、通常、これらを解決するより良い方法があります(終端またはバッファリングでソース/負荷インピーダンスを下げるなど)。


1
「ヒューズの唯一の機能は火災を防ぐことです」-潜在的に爆発性の気体または粉塵雰囲気で使用するためのツェナーバリアでは主に真実ですが真実ではありません-ヒューズはツェナーが断線するのを防ぎます。
アンディ別名
弊社のサイトを使用することにより、あなたは弊社のクッキーポリシーおよびプライバシーポリシーを読み、理解したものとみなされます。
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.