Dispositivos de proteção ESD - necessários para MCUs?


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Estou trabalhando com dois chips em uma placa, uma dsPIC33F e uma PIC24F, além de uma EEPROM serial (24FC1025.)

Eu já vi esses pequenos dispositivos de proteção ESD em pacotes 0603:

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

Para MCUs como eu estou usando, isso é necessário? As placas podem ser manipuladas constantemente e as interfaces externas (I2C, UART) podem ser expostas a ESD.

Os diodos internos protegiam o chip de qualquer maneira e os tornavam inúteis?

Respostas:


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Você certamente pode usar esses dispositivos. Eles geralmente são uma má escolha para qualquer coisa que possua menos requisitos de uso de energia, pois possuem alta corrente de fuga.

Você também deve ter cuidado com a tensão de aperto, ESD de ~ 200V pode danificar um microcontrolador, o dispositivo que você vinculou é especificado em 500V no máximo. Certifique-se de que tudo o que você está tentando proteger seja protegido na medida do necessário.

Para as linhas digitais também prestarem atenção à capacitância desses dispositivos / pacotes, eles podem estragar a integridade do sinal.

O que eu costumo fazer se é provável que a entrada seja afetada por ESD, como uma entrada frequentemente conectada no campo, é usar uma abordagem em duas frentes.

Primeiro, use um dispositivo ESD, ou diodos mais próximos do circuito para proteger, que tipo eu usaria depende do sinal / circuito em questão. Isso é para proteger contra picos mais baixos, digamos 8kV. Cada vez mais você vê esse tipo de proteção dentro de dispositivos, especialmente dispositivos de limite, como unidades RS232 e drivers de linha.

Segundo, quando você constrói o PCB, use brechas, que na verdade nada mais são do que colocar 2 blocos na superfície do PCB, 1 sendo o sinal, o outro sendo um bom terreno e espaçando-os muito próximos um do outro, como 6 mil separados. Isso protegerá contra impactos de voltagem mais alta, como 25kV. Conceito bastante simples, a alta tensão pula a brecha e vai direto para o chão. Apenas tenha cuidado ao colocá-los, o mais próximo possível do conector, com a melhor conexão de terra possível.

Também preste atenção ao processo de fabricação que você está usando, pois você não deseja que a solda colmate a lacuna acidental.

As lacunas podem ser difíceis de serem feitas nos traços digitais e evitar a alteração da impedância, geralmente exigem ajustes na terminação do sinal após a execução do protótipo.

Há alguma discussão sobre o formato adequado da almofada, algumas usam meias luas, outras usam triângulos pontiagudos com as pontas próximas umas das outras e algumas usam almofadas quadradas. Eu sempre usei blocos quadrados, quanto mais a área estiver perto do outro bloco, mais golpes repetidos a lacuna sobreviverá. A desvantagem é que as pastilhas quadradas farão o máximo de esforço para garantir que não haja ponte de solda. A melhor resposta é fazer com que seu CM não aplique solda nessas almofadas, mas isso pode exigir um esforço especial da parte delas.


Uau, a corrente de fuga está um pouco alta, mas 2mA geralmente causará problemas? I2C é a única coisa que vejo potencialmente causando problemas, pois é um coletor aberto. Eu tenho 1k resistores, então 1k * 0.002 = queda de 2V. Não é bom. Estou fazendo isso certo?
Thomas O

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sim, existem dispositivos feitos especificamente para proteger linhas de dados seriais, por exemplo: st.com/stonline/products/literature/ds/13569/esdalc6v1-5p6.htm corrente de fuga de 70nA, capacitância de 12pF (completamente adequada para I2C) e grampos em torno de 14V. Além disso, uma maneira fácil de adicionar proteção extra ao I2C é colocar um resistor em série nas linhas de dados e relógio muito perto de cada IC no barramento. Idealmente compatível com a impedância de rastreamento - impedância de saída do driver, que geralmente é de 7 a 9 ohms. Portanto, para um traço de 50ohm, 41-43 ohms para o resistor são bons.
Mark

além disso, usar a terminação de origem no I2C é uma boa ideia sempre que você tiver muitos dispositivos ou o barramento será longo (como passar por um cabo). Minimiza o toque e evita reflexões. Pode ser necessário ajustar os valores do resistor em um dispositivo montado enquanto você rastreia-> conector-> cabo-> conector-> rastreio, que, a menos que você tenha correspondido a todas essas impedâncias, haverá alguma divergência na impedância geral do caminho. Se o barramento I2C estiver funcionando muito lentamente em comparação com a duração da execução, isso pode não ter importância.
Mark

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Se você estiver rodando um barramento com uma freqüência de 12pF excessivamente significativa, espero que esteja prestando muita atenção à integridade do sinal, pois sua freqüência deve ser muito alta. A 10Mhz com pull ups de 1k, 100pF seria o limite do barramento sem o controle de taxa de giro, mas qualquer coisa que funcionasse tão rápido teria um controle de taxa de giro ou seria diferencial. O I2C a 400khz permite 400pF de capacitância de barramento sem controle de taxa de giro, mais é possível com o controle adequado. Portanto, se você está apenas usando PIC de 16 bits, duvido muito que você tenha um ônibus funcionando tão rápido que 14pF é um grande negócio.
Mark

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Nessa parte, parece bem. Não sei como eles medem 0.15pF, eu acho que a capacitância do pacote está em algum lugar naquele bairro ou superior. Na realidade, quando você coloca essas peças em uma placa, também haverá uma certa indutância de chumbo, que funciona para neutralizar a capacitância da peça. É por isso que ao trabalhar com tampas muito pequenas, como 10nF, você deve usar o menor pacote disponível para negar o máximo possível do efeito da indutância de chumbo.
Mark

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Coloquei partes semelhantes nos sinais que saem da placa, como UART, Ethernet, E / S digital. Para sinais dentro da placa, não se preocupe.

Sobre os diodos internos: há um limite do que o diodo levará. Os diodos internos ficarão bem com o manuseio normal. Os diodos externos protegerão contra choques estáticos de "carpetes felpudos no auge do inverno".


"Tapete felpudo no auge do inverno" Adoro!
Thomas O
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