Устройства защиты от электростатического разряда - необходимы для микроконтроллеров?

9

Я работаю с двумя чипами на плате, dsPIC33F и PIC24F, а также с последовательным EEPROM (24FC1025.)

Я видел эти маленькие устройства защиты от электростатического разряда в упаковках 0603:

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

Для MCU, как я использую, это необходимо? Платы могут постоянно обрабатываться, а внешние интерфейсы (I2C, UART) могут подвергаться электростатическому разряду.

Могут ли внутренние диоды защитить чип в любом случае и сделать их бессмысленными?

Томас О
источник

Ответы:

4

Конечно, вы можете использовать такие устройства. Они обычно являются плохим выбором для всего, что имеет более низкие требования к потребляемой мощности, поскольку они имеют высокий ток утечки.

Вы также должны быть осторожны с напряжением зажима, ESD ~ 200 В может повредить микроконтроллер, устройство, которое вы подключаете, рассчитано на 500 В макс. Убедитесь, что все, что вы пытаетесь защитить, действительно защищено настолько, насколько это необходимо.

Для цифровых линий также обратите внимание на емкость этих устройств / пакетов, они могут испортить ваш сигнал целостности.

То, что я обычно делаю, если вход может получить удар по ESD, например, вход, который часто подключается к полю, - это использование двухстороннего подхода.

Сначала используйте устройство защиты от электростатического разряда или диоды, расположенные ближе к цепи для защиты, какой тип я бы использовал, зависит от рассматриваемого сигнала / цепи. Это для защиты от более низких пиков, скажем, 8 кВ. Все больше и больше вы видите этот тип защиты внутри устройств, особенно граничных устройств, таких как диски RS232 и линейные драйверы.

Во-вторых, когда вы строите печатную плату, используйте искровые разрядники, которые на самом деле представляют собой не что иное, как наложение двух площадок на поверхность печатной платы, одна из которых является сигналом, другая - хорошая земля и расстояние между ними очень близко, например, 6 тыс. отдельно. Это защитит от попадания более высокого напряжения, например, 25 кВ. Довольно простая концепция, высокое напряжение прыгает зазор и идет прямо на землю. Просто соблюдайте осторожность при их расположении как можно ближе к разъему с наилучшим возможным заземлением.

Также обратите внимание на производственный процесс, который вы используете, вы не хотите, чтобы припой случайно перекрыл разрыв.

Зазоры могут быть сложными для цифровых трасс и избегать изменения импеданса, обычно требует настройки завершения сигнала после запуска прототипа.

Есть некоторые аргументы по поводу правильной формы площадки, некоторые используют полумесяцы, некоторые используют заостренные треугольники с кончиками рядом друг с другом, а некоторые используют квадратные площадки. Я всегда использовал квадратные площадки, чем больше площадь, которая находится ближе к другой площадке, тем больше повторных ударов выдержит разрыв. Компромисс состоит в том, что квадратные площадки приложат максимум усилий, чтобы исключить возможность пайки. Лучший ответ заключается в том, чтобы ваш КМ вообще не наносил припой на эти контактные площадки, но это может потребовать особых усилий с их стороны.

отметка
источник
Вау, ток утечки немного велик, но не вызовет ли 2 мА проблемы? I2C - единственное, что я вижу потенциально вызывающее проблемы, поскольку это открытый коллектор. У меня 1к резисторов, поэтому 1к * 0,002 = падение 2В. Фигово. Я делаю это правильно?
Томас О
1
да, есть устройства, специально предназначенные для защиты последовательных линий передачи данных, например: st.com/stonline/products/literature/ds/13569/esdalc6v1-5p6.htm ток утечки 70 нА, емкость 12 пФ (полностью подходит для I2C) и зажимы около 14 В. Кроме того, простой способ добавить дополнительную защиту в I2C - это разместить последовательный резистор как на линиях данных, так и на линиях синхронизации очень близко к каждой микросхеме на шине. Идеально соответствует импедансу трассы - выходному сопротивлению драйвера, которое обычно составляет 7-9 Ом. Так что для трассы 50 Ом, резистор 41-43 Ом - это хорошо.
Mark
кроме того, использование завершения источника на I2C - хорошая идея, если у вас много устройств, или шина будет длинной (например, через кабель). Это минимизирует звон и предотвратит отражения. Возможно, вам придется подстроить значения резисторов в собранном устройстве по мере того, как вы проводите трассировку-> разъем-> кабель-> разъем-> трасса, что, если вы не сопоставите все эти импедансы, в общем импедансе тракта будет какой-то напуганностью. Если шина I2C работает довольно медленно по сравнению с продолжительностью, это может не иметь никакого значения.
Mark
1
Если вы используете какую-либо шину с тактовой частотой, где 12pF слишком значительны, я действительно надеюсь, что вы уделяете очень, очень пристальное внимание целостности сигнала, поскольку ваша тактовая частота должна быть очень высокой. При частоте 10 МГц с повышением частоты 1 кОм 100 пФ были бы пределом шины без управления скоростью нарастания, но все, что работало так быстро, имело бы либо управление скоростью нарастания, либо дифференциальное. I2C на 400 кГц позволяет 400pF емкости шины без управления скоростью нарастания, больше возможно при правильном управлении. Поэтому, если вы просто используете 16-битный PIC, я очень сомневаюсь, что у вас шина, работающая так быстро, что 14pF это большое дело.
Mark
1
С этой стороны выглядит хорошо. Не знаю, как они измеряют 0,15 пФ, я предполагаю, что емкость пакета находится где-то в этом районе или выше. В действительности, когда вы размещаете эти детали на плате, также будет присутствовать некоторая индуктивность свинца, которая противодействует емкости детали. Вот почему при работе с очень маленькими колпачками, такими как 10 нФ, необходимо использовать наименьшую доступную упаковку, чтобы свести к минимуму влияние индуктивности свинца, насколько это возможно.
Марк
4

Я помещаю аналогичные части в сигналы, которые покидают плату, такие как UART, Ethernet, цифровой ввод / вывод. Для внутриплатных сигналов не беспокойтесь об этом.

О внутренних диодах: есть предел того, что диод будет принимать. Внутренние диоды будут в порядке с нормальной обработкой. Внешние диоды защитят от больших статических ударов «ковер во мраке зимы».

Роберт
источник
"Шаг ковров в мёртвой зиме" Люблю это!
Томас О