Quel est le but de la protection des entrées sur USB (ou pas du tout)?

J'ai vu un peu où des diodes polarisées en inverse sont utilisées pour fixer les tensions d'entrée lorsque des pointes se produisent.

• Quelle est la tension de claquage inverse typique d'une diode utilisée dans ce type d'application?

Il apparaît que ces diodes de protection ne sont pas en place pour se protéger contre une grande tension appliquée par l'utilisateur, mais sont plutôt en place pour atténuer les pointes de tension qui peuvent résulter de décharges statiques.

• Pourquoi une décharge statique pourrait-elle se produire, d'où proviendrait cette surcharge en circuit (sur un PCB, pas une planche à pain où une personne peut introduire une décharge), et quelle est l'amplitude de tension typique?

• Pourquoi ne considérerait-on pas également la possibilité d'une tension négative potentiellement importante et placerait-il également des diodes inverses de la ligne d'entrée à Vcc?

Je conçois une carte de dérivation simple pour un contrôleur qui produira des données via une interface USB. Grâce à mes recherches, j'ai découvert que de nombreuses conceptions intègrent ces diodes de protection à polarisation inverse sur Vusb, D + et D-, mais pas toutes.

Encore une fois, si tout cela est monté sur un PCB, pourquoi une décharge statique soudaine pourrait-elle se produire et d'où pourrait-elle provenir?

• Quelle est la fréquence de ce type d'événement et sans ces diodes est-il susceptible d'endommager les circuits?

• Est-il préférable de toujours inclure ces diodes de protection ou ne sont-elles pas parfois nécessaires? Dans ce dernier cas, quels cas particuliers les jugent inutiles?

• Est-ce qu'une diode fonctionnera ou devrait-on utiliser une tension de claquage spécifique?

ÉDITER:

En regardant ces notes d'application, on montre

Alors que l'autre montre quelque chose de similaire, mais sans le nœud "supérieur" connecté à quoi que ce soit. S'agit-il d'une erreur d'impression ou est-ce implicite d'être connecté à Vbus?

Oubliez l'USB pendant un moment, car ces appareils sont utiles dans beaucoup plus d'applications que l'USB. Tout d'abord, les diodes de vos deux premiers exemples ne sont généralement pas des diodes génériques de signal ou zener. Ce sont généralement des diodes suppresseurs de tension transitoire (TVS) spécialement conçues.

Les diodes TVS sont disponibles dans toutes les saveurs, mais il existe trois paramètres clés. Tout d'abord, la tension de maintien inverse maximale. Ceci est la tension de travail. Pour l'USB, vous voudrez être très proche de 5V. La prochaine chose que vous voudrez regarder est la tension de serrage. Encore une fois, environ 5V pour USB. Habituellement, le courant de fuite augmente considérablement lorsque la tension de serrage s'approche de la tension de maintien inverse. Soyez conscient de cela au cas où cela compte dans votre candidature. Le dernier paramètre clé est le courant inverse de crête. Assurez-vous qu'il peut gérer la norme que vous allez tester.

Il y a encore une chose à garder à l'esprit lorsque vous placez des diodes TVS sur des lignes de signal à haute vitesse (c.-à-d. USB, HDMI, Ethernet, etc.). Assurez-vous que la diode TVS est de faible capacité. Il existe de nombreuses diodes et réseaux adaptés à cet effet et auront des capacités au voisinage de 0,2pF.

Je vais passer directement à votre deuxième exemple puisque nous parlons ici d'USB. Le schéma illustré serait approprié si les diodes montrées se fixent autour de 5V et essayent des diodes TVS. Les diodes Zener ordinaires ne sont pas assez rapides pour la protection ESD.

Dans votre dernier exemple, vous vous demandez si le nœud supérieur est connecté à Vbus et selon la fiche technique de l'appareil , ce n'est pas le cas. Si un événement ESD positif se produisait sur l'une des lignes de signal, ce TVS le bloquerait. Le Vbus TVS a une tension de serrage plus élevée pour le rail d'alimentation.

Tu as demandé,

Again, if all of this is mounted on a PCB, why might a sudden static discharge occur
and where might it originate?

Le problème potentiel est l'ESD (décharge électrostatique) provenant de l'extérieur du PCB, provenant du connecteur USB. Un utilisateur peut transporter un produit sur un tapis ou un autre générateur ESD et toucher le connecteur USB avec son doigt. Même si un câble est branché sur le connecteur USB, ils peuvent toucher le connecteur à l'autre extrémité du câble et passer par USB.

Cela est vrai non seulement pour les connecteurs USB, mais pour tous les connecteurs sortant d'un produit - même la prise d'alimentation.

Lorsque nous concevons un produit à vendre et le faisons tester pour EMI / EMC (interférence électromagnétique et compatibilité), la maison de test injecte de brèves pointes de courant de 8 000 V (8 kV) sur chacun des connecteurs, puis teste que l'appareil fonctionne toujours correctement. Les appareils illustrés dans vos schémas sont conçus pour protéger contre les décharges de ce niveau ou plus. Sans la protection ESD, il est probable que l'appareil échoue à ce test.

Pourquoi obtenir la certification UL, qui peut coûter des milliers de dollars dans un laboratoire de test? Est-ce une obligation légale? Non, mais de nombreux détaillants comme Walmart ne proposent pas de produits électroniques à moins d'avoir une étiquette UL. En Europe, l'équivalent est le marquage CE.