Wird ein Überspannungs-TVS für USB-Hot-Plugging mit der Schirmmasse verbunden?

Die Wahl, wo der Erdungsstift eines ESD-Chips geerdet werden soll, hängt von der Art des Geräts ab, das Sie herstellen.

Wenn das Gerät über eine einzelne Stromquelle mit Strom versorgt wird, die an eine Wandsteckdose angeschlossen ist, sollte die Abschirmung von der Signalebene getrennt sein, und die Abschirmung sollte nur an einem Punkt mit der Signalebene verbunden sein, vorzugsweise im Bereich der Gleichstrombuchse ( wenn am Netzkabel kein spezieller dritter Stift vorhanden ist). In diesem Fall sollte das ESD-Schutzgerät an der SIGNAL GROUND PLANE geerdet werden, um zu verhindern, dass übermäßige ESD-Spitzen über die Pins des zu schützenden ICs gelangen. Wenn es an der Abschirmung geerdet ist (mit normalerweise hoher Induktivität), kann das TVS-Gerät die Spannung nicht über die tatsächlichen Signalstifte leiten, und die Effizienz des ESD-Schutzes ist geringer.

Wenn Ihr Gerät batteriebetrieben oder über den USB-Bus mit Strom versorgt wird, bietet die Abschirmung keinen alternativen Pfad für die ESD-Spitze. In tragbaren Handelektronikgeräten ist es ratsam, die Abschirmung fest mit der Signalmasse zu verbinden, genau wie dieselbe Kupferebene. In diesem Fall gibt es keinen Unterschied, wo der TVS-Protektor angeschlossen werden muss.

Der Weg zur ESD-Entladung kann jedoch kompliziert sein und hängt vom Gesamtsystemlayout und der internen Erdung und Platzierung der Abschirmung ab. Es ist immer noch eine CAD-Herausforderung, die gesamte 3-D-Komplexität des elektrischen Felds mit allen Geräteleitern und leitenden Abdeckungen zu modellieren, daher ist es am praktischsten, mehrere Konfigurationen des Geräts zu bauen und die beste Variante experimentell zu bestimmen.

Die empfohlene Schaltung hat ein paar TVS-Dioden, empfiehlt aber nicht, was zu bekommen ist. Bei der Auswahl der TVS-Diode muss die Kapazität der TVS-Diode berücksichtigt werden, da dies die Geschwindigkeit der USB-Leitung (von 2,0 auf 1,2) verringern könnte, wenn die Kapazität zu hoch ist. Es ist einfacher, sich ICs anzusehen, da sie nach einem bestimmten ESD-Standard (wie IEC 61000-4-2) entwickelt wurden.

Der TPD4S012 hat eine ESD-Einstufung von „±10 kV IEC 61000-4-2 Kontaktentladung“ und eine niedrige Kapazität von unter 1 pF. Obwohl aus dem Diagramm hervorgeht, dass der TPD4S012 über OVP-Schutz verfügt, deutet nichts im Datenblatt darauf hin. Es ist nur für einen Stoßstrom von 3A für 20us zusätzlich ausgelegt$V_{BR}$beginnt bei 6V bis 9V je nach Bauteil für die Datenleitungen. Der$V_{BR}$für Vbus beginnt bei 20V. Es ist also ein wirklich schlechter OVP-Schutz.

Sie geben im Datenblatt keine Paketinformationen zu thermischen Nennwerten an, aber sie sagen, dass es nicht heißer als 85 ° C werden kann, aber wenn wir bedenken, dass die meiste Wärme in die Leiterplatte eindringen wird, ist der Übergang zur Platine der Wärmewiderstand von 343C/W würde darauf hindeuten, dass das Teil seine absolute maximale Nennleistung nach Verlust von 250 mW überschreiten würde, was in einer OVP-Situation nicht schwer wäre.

Während das Teil großartig für den ESD-Schutz ist, würde ich eine OVP-Diode auf dem Vbus vor diesem Teil oder einem Zener verwenden.

Wenn kein ESD-Schutz erforderlich ist (durch behördliche Standards und Tests) (sie zappen Ihr Design in behördlichen Vorschriften mit einer ESD-Pistole), dann entscheiden Sie sich für das einfachste \ billigste Design wie TVS-Dioden.

Die im vorherigen Beitrag gezeigte FTDI-Version wird nicht funktionieren.

Die TVS-Dioden an VBUS, D+ und D- sollen die angeschlossenen ICs vor Beschädigung schützen. Diese ICs haben ihre Spannungsversorgung auf GND bezogen, aber nicht auf die Abschirmung. Daher müssen die TVS-Dioden auf GND gehen, aber nicht auf die Abschirmung.

Die Abschirmung soll verhindern, dass das Kabel zur Antenne wird. Zu diesem Zweck muss die Abschirmung für HF-Signale durch einen Kondensator mit einem parallel geschalteten Widerstand "geerdet" werden, um diesen Kondensator bei ESD-Ereignissen zu entladen - typische Werte sind 4,7-10 nF und 1 MOhm.

Zusätzlich kann man eine TVS-Diode parallel zu diesem Kondensator schalten, um zu verhindern, dass der Kondensator durch ESD-Ereignisse beschädigt wird.

Wenn außerdem die TVS-Dioden, insbesondere von den Datenleitungen, mit der Abschirmung verbunden sind, kann diese kapazitive Kopplung EMV-Probleme verursachen und EMV-Tests versagen und die Signalintegrität wird erheblich gestört. Vergessen Sie nicht, dass die Abschirmung der angeschlossenen USB-Kabel normalerweise zugänglich ist und berührt werden kann.