Jump to content

    
Prizrak_Kommunizma

Помогите понять принцип ESD защиты

Recommended Posts

В большинстве современных девайсов ставится ESD защита на всём что выходит наружу. Она же защита от электростатического разряда. Собственно TI даже брошюрку под это дело сделали.

Но вот что мне не понятно даже после её прочтения: почему все рассматривают только случай когда идёт разряд между каким-то пином разъёма и землёй? Что произойдёт если опасные потенциалы создадутся например между D+ и D- USB или любыми двумя служебными пинами SD карты. Ведь эти потенциалы будут уже создавать контур не через землю схемы, а через внутренности микроконтроллера например, что уже опасно. Почему никто не делает полную защиту pin-to-pin? Это главное что мне не ясно.

И ещё:

1. Правильно ли я понимаю, что защищать линию питания от разрядов не нужно потому что там обычно и так стоят большие кондёры, которые всё поглотят?

2. Может ли ESD защита одновременно выполнять функцию защиты от перенапряжения на линии, чтобы при превышении скажем 5 вольт тот самый защитный диод начинал работать как обычный стабилитрон?

Edited by Prizrak_Kommunizma

Share this post


Link to post
Share on other sites

0. Потому что всегда есть путь пин1-защита1-земля-защита2-пин2.

1. Да.

2. Нет. Диод не рассчитан на поглощение большой мощности долгое время. Но если поставить последовательный резистор то внутренние диоды на линии питания вполне смогут работать как ограничители главное ток не превышать допустимый для этих диодов.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Quote

Что произойдёт если опасные потенциалы создадутся например между D+ и D- USB или любыми двумя служебными пинами SD карты.

Как уже отметили, косвенно всё равно есть эта защита. Но так же добавлю, что источником статического разряда обычно является человек(оператор), и как правил заряд он накапливает относительно заземления. И мне сложно представить как можно ударить статикой так, чтобы пик напряжения возник между цифровыми линиями, а не между сигнальная линия - земля.
 

Quote

1. Правильно ли я понимаю, что защищать линию питания от разрядов не нужно потому что там обычно и так стоят большие кондёры, которые всё поглотят?

Не всегда большой конденсатор сможет погладить всплеск напряжения. Посмотрите на временные характеристики ESD разряда и сопоставьте с ESL. Но если речь идёт про "идеальный" кондёр большой ёмкости, то конечно же энергии ESD не должно хватить чтобы его зарядить до опасного напряжения.
 

Quote

2. Может ли ESD защита одновременно выполнять функцию защиты от перенапряжения на линии, чтобы при превышении скажем 5 вольт тот самый защитный диод начинал работать как обычный стабилитрон?

Уже ответили. Я ещё добавлю, что если TVS рассчитан на 5В, то не надо ожидать, что в пике тока помехи там будет тоже 5 воль, как правило на TVS будет примерно 7-8 Вольт.

Share this post


Link to post
Share on other sites
30 минут назад, Prizrak_Kommunizma сказал:

будут уже создавать контур не через землю схемы

Вы бы схему нарисовали сперва — защита каждого вывода отводит помеху с него на шасси, а не в общий провод.

 

32 минуты назад, Prizrak_Kommunizma сказал:

защищать линию питания от разрядов не нужно

Защищать нужно всё, что выставлено на улицу.

 

33 минуты назад, Prizrak_Kommunizma сказал:

Может ли ESD защита одновременно выполнять функцию защиты от перенапряжения

Только если рассеиваемая защитой мощность не превышает номинала.

Share this post


Link to post
Share on other sites

ESD защита внутри микросхемы в первую очередь рассчитана на защиту от электростатики, которая может возникнуть в процессе изготовления аппаратуры, включая человеческий фактор.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Защищать надо все выводы на которые может попасть разряд, будь то статика, мощные коммутационные всплески или молнии. Все эти разряды высоковольтные. А как известно с давних времен, единственная защита от таких разрядов -- это клетка Фарадея. То есть защита должна перемыкать на время действия разряда все выводы, включая питание и землю.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Спасибо, стало яснее. Но пока не до конца.

On 9/8/2020 at 5:49 PM, moon333 said:

Как уже отметили, косвенно всё равно есть эта защита. Но так же добавлю, что источником статического разряда обычно является человек(оператор), и как правил заряд он накапливает относительно заземления. И мне сложно представить как можно ударить статикой так, чтобы пик напряжения возник между цифровыми линиями, а не между сигнальная линия - земля.

А где в носимом устройстве заземление? Нет его, есть только корпус, который чаще всего скрыт пластиком. Отсюда кстати ещё один интересный вопрос, землю защитной микросхемы с диодами внутри нужно тыкать на GND схемы или корпус устройства? У того же USB кожух отдельно идёт от GND.

On 9/8/2020 at 5:49 PM, moon333 said:

мне сложно представить как можно ударить статикой так, чтобы пик напряжения возник между цифровыми линиями, а не между сигнальная линия - земля.

Допускаю, что вероятность этого мала, но по моему не настолько мала чтобы ей пренебрегать. Например, мы с вами придумали активный USB кабель. Я передаю его вам посмотреть, в этот момент статика через меня летит на D+, а к вам ближе всего оказался на другой стороне кабеля D-. И всё. Но тут суть я наверное понял: если за щита открывается на 4 В, а по входу МК максимум 5, то контур реально замкнётся через 2 защиты через землю. Но вот это ломает наши планы:

On 9/8/2020 at 5:49 PM, moon333 said:

если TVS рассчитан на 5В, то не надо ожидать, что в пике тока помехи там будет тоже 5 воль, как правило на TVS будет примерно 7-8 Вольт.

А как тогда он предохранит ножку МК, которая максимум будет 5V Tolerant? 8 вольт её убьют разве нет?

 

И ещё вопрос для чего тогда делают либо защитные диоды только на землю, либо на землю и питание?

 

Edited by Prizrak_Kommunizma

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 hour ago, Prizrak_Kommunizma said:

А как тогда он предохранит ножку МК, которая максимум будет 5V Tolerant? 8 вольт её убьют разве нет?

Так там же есть паразитные диоды внутри мосфетов! Один - к земле, другой - к питанию. И если ток не будет слишком большим, чтобы их спалить, то все будет хорошо. А чтобы ток большим не был, как уже выше говорили, помимо защиты ставят еще и резисторы эдак на 22..50Ом на каждый вход "извне".

Share this post


Link to post
Share on other sites
33 minutes ago, Eddy_Em said:

...помимо защиты ставят еще и резисторы эдак на 22..50Ом на каждый вход "извне".

Дегко проверить, что каждый стат. импульс приводит к деградации (увеличению) сопротивления этих резисторов примерно на 50-70% после каждого импульса. Импульсы обычно выбирают 15кВ без контакта и / или 8кВ с контактом. Есть два случая, когда этого не случается:

1.  Резисторы типа МЛТ-2 и крупнее.

и

2. Стат. импульсы меньше 2-х - 4-х кВ. Но в 90% случаев чипы имеют такую защиту выводов.

Share this post


Link to post
Share on other sites
12 часов назад, Prizrak_Kommunizma сказал:

где в носимом устройстве заземление? Нет его, есть только корпус, который чаще всего скрыт пластиком

Внутренняя поверхность пластиковых корпусов покрывается проводящим слоем, который таким образом становится шасси, после чего подключается к центру звезды общего провода схемы. К этому же центру подключается защитный общий провод (слой) схемы, на который отводятся токи всех цепей защиты, которые таким образом минуют схему.

 

12 часов назад, Prizrak_Kommunizma сказал:

как тогда он предохранит ножку МК, которая максимум будет 5V Tolerant? 8 вольт её убьют разве нет?

При токе помехи 30 А, на ограничителе типично 20 В — следовательно, требуется ещё один каскад защиты, в виде ещё одного ограничителя и резистора между ними. В качестве второго ограничителя иногда используют конденсатор питания, при условии, что он рассчитан на получение энергии помехи.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Если бы их специально делали, были бы защитные! А так они - результат техпроцесса, т.е. паразитные! Иначе можно было бы в мосфетах спокойно сток и исток местами менять, как в нормальных полевых...

Share this post


Link to post
Share on other sites
14 minutes ago, Eddy_Em said:

Если бы их специально делали, были бы защитные! А так они - результат техпроцесса, т.е. паразитные! Иначе можно было бы в мосфетах спокойно сток и исток местами менять, как в нормальных полевых...

Их и делают специально. Для целей из заголовка темы.

Share this post


Link to post
Share on other sites
35 минут назад, Eddy_Em сказал:

Иначе можно было бы в мосфетах спокойно сток и исток местами менять, как в нормальных полевых...

Сразу два вопроса:

1) как расшифровывается FET?

2) Что вы понимате под "нормальной" структурой и чем она отличается от структуры "металл-оксид-полупроводник"?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.