Por que o hot plug explode e como evitá-lo?

Eu cometi o erro muito estúpido de ligar coisas quentes muitas vezes antes. Meu problema é que me apressei e é tão fácil esquecer que tenho o Arduino ou algum outro IC ou hardware caro conectado.

Hoje liguei a entrada PWM do meu ESC no meu pino digital do Arduino. Eu vi a fumaça mágica escapar. Adeus, um grupo de pinos digitais! Eu me odeio agora.

Por que as coisas não gostam de ser conectadas a quente?

Existe uma maneira fácil de me proteger contra isso?

Dois outros efeitos, além dos já mencionados, podem perturbar circuitos muito delicados:

Os cabos blindados e os cabos coaxiais são na verdade capacitores, que podem suportar uma carga. Essa cobrança pode ser mal interpretada como um sinal e causar alterações indesejadas de estado (por exemplo, uma falha do processador) ou até ...

-Latchup. Com a alimentação IC, alguns tipos de entradas CMOS desprotegidas não suportam tensão acima da tensão de alimentação, mesmo em microssegundos, pois isso desencadeia um efeito de feedback positivo (todo o dispositivo se parece subitamente com um tiristor com essas voltagens aplicadas) deixando o dispositivo em uma posição estado de falha ou mesmo atuando como um curto-circuito próximo a seus trilhos de suprimento.

Observe que os dois pinos dos dois lados são mais longos e os dois no centro são mais curtos. Isso garante que as conexões sejam feitas na ordem correta (e também quebradas na ordem correta ao desconectar).

Se o conector não foi projetado para conexão a quente, não existe essa garantia.

A ordem que você deseja é:

• Primeiro, terra / escudo.

Isso garante que ambos os lados concordem com o que é "0V" e também descarrega qualquer eletricidade estática com segurança. Às vezes, uma pequena centelha é visível. Você não deseja conectar primeiro os pinos sensíveis a ESD!

• Segundo, fonte de alimentação.

• Terceiro, sinais

A ordem é muito importante. Você realmente deseja evitar aplicar tensão aos pinos de sinal de um chip não energizado, pois a corrente fluirá pelos diodos de proteção ESD e o chip será alimentado por seus pinos de E / S. Isso pode danificar o chip.

Além disso, se o terra se conectar por último, as linhas de sinal atuarão como terra e a corrente fluirá nelas. Se o dispositivo contiver chips 3V3 alimentados por um LDO dos + 5V do USB e o terra não estiver conectado, quem sabe quais serão as tensões dentro do dispositivo ...

Um excelente exemplo de como NÃO fazer isso são os conectores RCA de áudio.

Observe como a dica entra em contato primeiro. Tenho certeza que você já fez isso antes. Os alto-falantes emitem um zumbido muito alto, até que o aterramento esteja conectado.

por que as coisas não gostam de ser conectadas a quente?

É porque os pinos se conectam na ordem errada.

Desde que você mencionou um ESC, acho que você tem tensões e correntes grandes o suficiente para fritar alguns chips. Neste caso, não conectar o chão primeiro pode realmente doer ...

existe uma maneira fácil de proteger de novo isso?

Use um conector que seja seguro para hotplug. Se ele não suportar a fonte de alimentação, apenas sinais e terra, você poderá resistir a resistores de grande valor nas linhas de sinal ... mas é um hack.

Infelizmente esses conectores são muito incomuns. Cabeçalhos como os usados ​​com o arduino são projetados para fazer parte de um produto acabado que só será conectado durante a fabricação, para que não sejam seguros para conexão a quente.

Os conectores seguros para hotplug estarão disponíveis para os padrões usuais (USB, HDMI, o que for), mas isso não será o necessário para a sua aplicação.

Então, eu acho que você está preso fazendo isso com cuidado, desligando antes de mexer no circuito ...

A troca a quente é ruim por alguns motivos:
1) Se você conectar o Vcc antes que a corrente à terra possa fluir para o seu circuito de maneira anômala. Por exemplo, se o Vcc estiver conectado e um pino digital ou analógico antes do terra, a energia poderá fluir para o Vcc e sair do pino, potencialmente causando um curto-circuito no pino e queimando essa parte do circuito.

2) Pode causar um "desmaio" devido à queda temporária da tensão em um barramento do sistema ou fonte de alimentação.

3) Ao desconectar, indutores no circuito ou cabos podem exibir altas tensões se desconectados.

(Eu tinha um cabo que não podia ser trocado a quente em um produto que os representantes de serviço trocariam a quente por acidente. Por causa da indutância mútua no cabo (e um design inadequado do cabo com fios retos correndo um ao lado do outro por um metro ou mais) ) explodiria os drivers digitais nos dois lados do cabo. Após uma inspeção mais detalhada, descobriu-se que, quando o cabo era desconectado, uma linha CMOS digital aumentava para 7V!)

Eu também tive grande sucesso na implementação de ambas as estratégias abaixo. Uma coisa que você pode fazer no design se encontrar seu próprio sistema de hot swap é encontrar um conector padrão (usei sca2 para meu barramento, mas você poderia usar sata, ou outro conector padrão do setor, apenas certifique-se de que as pessoas entendam que não podem conectar outras coisas nele).

Circuito de pré-carga:

Um pino longo e um resistor limitador de corrente podem ser usados ​​para limitar a corrente de partida para um dispositivo. O pino longo acasala primeiro; o limite de corrente deve ser definido para que os trilhos de energia do sistema host fiquem dentro da especificação, mas o dispositivo carrega adequadamente antes que os pinos de energia e sinal façam a conexão. É necessário ter cuidado ao escolher um valor de resistor de pré-carga, os seguintes cenários mostram alguns problemas comuns: Se o valor do resistor de pré-carga for muito pequeno, o dispositivo ainda consumirá muita corrente na inserção, fazendo com que os trilhos de alimentação do sistema caiam fora da regulamentação.

Controlador de troca a quente

Um IC do controlador hot swap controla a corrente de irrupção para um dispositivo. Os controladores hot swap normalmente incorporam fusíveis eletrônicos e, em aplicações de alta corrente, pode ser difícil distinguir entre corrente de irrupção e curto-circuito. Os componentes são mais caros que os resistores de pré-carga e, em alguns casos, o uso de componentes mais ativos no sistema pode apresentar preocupações de confiabilidade.

Imagem e fonte de texto: Considerações de design para troca dinâmica

Depende realmente do circuito e, em alguns casos, do próprio conector.

Quando você desconecta ou conecta algo, nem todas as conexões acontecem ao mesmo tempo. Isso significa que há um estado de conexão imprevisível durante o processo. Algumas dessas conexões podem colocar grandes tensões ou grandes correntes onde você realmente não deseja que elas estejam. Pior, os conectores geralmente são apertados, o que significa que o usuário os mexe para separá-los, criando ainda mais interrupções e interrupções no processo.

Alguns conectores, como os conectores da borda da placa, também são conhecidos por causar curto-circuito nos pinos adjacentes ao inserir ou remover antes de encaixar corretamente. Nunca se deve nem pensar em conectar ou desconectar um desses itens a quente.

Se o que estiver sendo desconectado não se importar, por exemplo, um plugue de dois pinos acessando um LED com uma simples unidade de pulldown, nada de ruim acontecerá, desde que você não o faça com ESD. Mas a maioria das coisas não é tão robusta.

Obviamente, é possível projetar as coisas para serem conectáveis ​​a quente, mas isso é complicado, caro e não funciona durante a maior parte da vida útil do produto, e é difícil justificar se não é um requisito de design específico.

Dito isto, os sistemas sempre devem ser projetados de modo que, se a coisa for ligada quando o sensor A não estiver conectado, a saída B não entrará em algum estado que dependa desse sensor. Se a perda desse sensor causar uma falha ou perigo, é necessário adicionar as medidas apropriadas para detectar essa perda e entrar em um estado seguro.

Mas geralmente, a menos que você realmente saiba o que PODE acontecer, não ligue!