Dispositivos de protección ESD: ¿necesarios para las MCU?


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Estoy trabajando con dos chips en una placa, una dsPIC33F y una PIC24F, así como una EEPROM en serie (24FC1025).

He visto estos pequeños dispositivos de protección ESD en paquetes 0603:

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

Para MCU como las que estoy usando, ¿es esto necesario? Las placas pueden manejarse constantemente y las interfaces externas (I2C, UART) pueden estar expuestas a ESD.

¿Los diodos internos protegerían el chip de todos modos y los harían inútiles?

Respuestas:


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Ciertamente puedes usar tales dispositivos. Por lo general, son una mala elección para cualquier cosa que tenga menores requisitos de consumo de energía, ya que tienen una alta corriente de fuga.

También debe tener cuidado con el voltaje de sujeción, la ESD de ~ 200V puede dañar un microcontrolador, el dispositivo que ha vinculado está especificado a 500V máx. Asegúrese de que lo que esté tratando de proteger esté protegido en la medida que lo necesite.

Para las líneas digitales también preste atención a la capacidad de estos dispositivos / paquetes, pueden arruinar la integridad de su señal.

Lo que generalmente hago si es probable que la entrada sea golpeada con ESD, como una entrada que a menudo está conectada en el campo, es usar un enfoque de dos puntas.

Primero use un dispositivo ESD, o diodos más cerca del circuito para proteger, el tipo que usaría depende de la señal / circuito en cuestión. Esto es para proteger contra picos más bajos, digamos 8kV. Cada vez más, se ve este tipo de protección dentro de los dispositivos, especialmente los dispositivos de límite como las unidades RS232 y los controladores de línea.

En segundo lugar, cuando construya la PCB, use espacios de chispa, que en realidad no es más que poner 2 almohadillas en la superficie de la PCB, 1 es la señal, el otro es un buen terreno y los separa muy cerca unos de otros, como 6 mil aparte. Esto protegerá contra golpes de alto voltaje, como 25kV. Concepto bastante simple, el alto voltaje salta la brecha y va directo al suelo. Solo tenga cuidado de cómo colocarlos, lo más cerca posible del conector con la mejor conexión a tierra posible.

También preste atención al proceso de fabricación que está utilizando, no desea que la soldadura cierre accidentalmente la brecha.

Las brechas pueden ser difíciles de hacer en las trazas digitales y evitar cambiar la impedancia, por lo general requiere ajustar la terminación de la señal después de la ejecución del prototipo.

Existe cierta discusión sobre la forma correcta de la almohadilla, algunos usan medias lunas, algunos usan triángulos puntiagudos con las puntas cercanas entre sí y otros usan almohadillas cuadradas. Siempre he usado almohadillas cuadradas, cuanto más área esté cerca de la otra almohadilla, más golpes repetidos la brecha sobrevivirá. La compensación es que las almohadillas cuadradas tomarán el mayor esfuerzo para garantizar que no haya puentes de soldadura. La mejor respuesta es hacer que su CM no aplique soldadura a estas almohadillas, pero eso puede requerir un esfuerzo especial de su parte.


Wow, la corriente de fuga es un poco alta, pero ¿2mA generalmente causará problemas? I2C es lo único que veo que puede causar problemas, ya que es un recopilador abierto. Tengo resistencias de 1k, así que 1k * 0.002 = caída de 2V. No está bien. ¿Lo estoy haciendo bien?
Thomas O

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sí, hay dispositivos diseñados específicamente para proteger las líneas de datos en serie, por ejemplo: st.com/stonline/products/literature/ds/13569/esdalc6v1-5p6.htm corriente de fuga de 70 nA, capacitancia de 12 pF (completamente fina para I2C) y abrazaderas alrededor de 14V. Además, una manera fácil de agregar protección adicional a I2C es colocar una resistencia en serie en las líneas de datos y de reloj muy cerca de cada IC en el bus. Idealmente adaptado a la impedancia de rastreo: impedancia de salida del controlador, que generalmente es de 7-9ohms. Entonces, para una traza de 50 ohmios, 41-43 ohmios para la resistencia es buena.
Mark

Además, usar la terminación de fuente en I2C es una buena idea siempre que tenga muchos dispositivos o el bus sea largo (como pasar por un cable). Minimizará el timbre y evitará los reflejos. Es posible que tenga que ajustar los valores de resistencia en un dispositivo ensamblado a medida que avanza traza-> conector-> cable-> conector-> traza, que a menos que haya igualado todas esas impedancias, habrá un poco de funky en la impedancia general de la ruta. Si el bus I2C funciona bastante lento en comparación con la duración de la ejecución, esto puede no importar en absoluto.
Mark

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Si está ejecutando un autobús a una frecuencia de reloj donde 12pF es demasiado significativo, realmente espero que preste mucha atención a la integridad de la señal, ya que su frecuencia de reloj debe ser muy alta. A 10Mhz con 1k pull ups, 100pF sería el límite del bus sin control de velocidad de rotación, pero cualquier cosa que funcione tan rápido tendría control de velocidad de rotación o sería diferencial. I2C a 400khz permite 400pF de capacitancia de bus sin control de velocidad de rotación, más es posible con el control adecuado. Entonces, si solo está usando PIC de 16 bits, dudo mucho que tenga un autobús funcionando tan rápido que 14pF es un gran problema.
Mark

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Por esa parte, se ve bien. No sé cómo miden 0.15pF, supongo que la capacidad del paquete está en algún lugar de ese vecindario o superior. En realidad, cuando coloca estas partes en una placa, también habrá cierta cantidad de inductancia de plomo que funciona para contrarrestar la capacitancia de la parte. Es por eso que cuando trabaje con tapas muy pequeñas, como 10nF, debe asegurarse de usar el paquete más pequeño disponible para negar la mayor cantidad posible del efecto de la inductancia del plomo.
Mark

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Pongo partes similares en las señales que salen de la placa, como UART, Ethernet, E / S digital. Para señales intra-placa, no te preocupes por eso.

Acerca de los diodos internos: hay un límite de lo que tomará el diodo. Los diodos internos estarán bien con el manejo normal. Los diodos externos protegerán contra golpes estáticos más grandes de "alfombra de pelusa en pleno invierno".


"Alfombra peluda en pleno invierno" ¡Me encanta!
Thomas O
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