USB (या बिल्कुल) पर इनपुट सुरक्षा का उद्देश्य क्या है?

Question

मैंने काफी देखा है जहां स्पाइक्स होने पर इनपुट वोल्टेज को क्लैंप करने के लिए रिवर्स बायस्ड डायोड का उपयोग किया जाता है।

• इस प्रकार के अनुप्रयोग में प्रयुक्त डायोड के लिए विशिष्ट रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज क्या है?

ऐसा प्रतीत होता है कि ये सुरक्षा डायोड उपयोगकर्ता द्वारा बड़े लागू वोल्टेज से रक्षा करने के लिए नहीं हैं, बल्कि ऐसे वोल्टेज स्पाइक्स को थपथपाने के लिए हैं जो स्टैटिक डिस्चार्ज से उत्पन्न हो सकते हैं।

• एक स्थिर डिस्चार्ज क्यों हो सकता है, यह अतिरिक्त चार्ज सर्किट में कहां से आएगा (पीसीबी पर, ब्रेड-बोर्डिंग नहीं जहां एक व्यक्ति डिस्चार्ज पेश कर सकता है), और विशिष्ट वोल्टेज परिमाण क्या है?

• कोई व्यक्ति संभावित रूप से बड़े ऋणात्मक वोल्टेज की संभावना पर भी विचार नहीं करेगा और इनपुट लाइन से Vcc में रिवर्स डायोड को भी क्यों रखेगा?

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मैं एक नियंत्रक के लिए एक सरल ब्रेकआउट बोर्ड डिजाइन कर रहा हूं जो यूएसबी इंटरफ़ेस के माध्यम से डेटा आउटपुट करेगा। मैंने अपने शोध के माध्यम से पाया कि कई डिज़ाइन इन रिवर्स बायस्ड प्रोटेक्शन डायोड को Vusb, D +, और D- पर शामिल करते हैं, हालाँकि यह सब करते हैं।

फिर, अगर यह सब एक पीसीबी पर रखा गया है, तो अचानक स्थैतिक निर्वहन क्यों हो सकता है और इसकी उत्पत्ति कहां से हो सकती है?

• इस तरह की घटना कितनी बार होती है और इन डायोड के बिना सर्किटरी को नुकसान पहुंचने की संभावना है?

• क्या इन सुरक्षा डायोड को हमेशा शामिल करना सबसे अच्छा अभ्यास है या वे कई बार आवश्यक नहीं हैं? यदि उत्तरार्द्ध, तो कौन से विशेष मामले अनावश्यक हैं?

• क्या कोई डायोड काम करेगा या एक विशिष्ट ब्रेकडाउन वोल्टेज के साथ एक का उपयोग किया जाना चाहिए?

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संपादित करें:

उन ऐप नोटों को देखते हुए, एक दिखाता है

जबकि दूसरा कुछ समान दिखाता है लेकिन "टॉप" नोड के बिना कुछ भी जुड़ा हुआ है। क्या यह एक गलतफहमी है या क्या इसे वबस से जुड़ा होना चाहिए?

Comments

संबंधित एप्लिकेशन नोट: Wurth द्वारा USB 2.0 अनुप्रयोगों का संरक्षण , टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स द्वारा सिस्टम-स्तरीय ESD / EMI सुरक्षा गाइड , NXP द्वारा USB 2.0 इंटरफेस के लिए ESD सुरक्षा ।

— निक एलेक्सीव

@NickAlexeev, ऐप लिंक के लिए धन्यवाद। मैंने उन्हें देखा और कुछ अजीब लगा इसलिए मैंने ऊपर एक संपादन शामिल किया। सामान्य व्यवहार के बारे में बहुत कम लोगों ने कहा कि इस संरक्षण की सिफारिश की गई है क्योंकि केवल आवश्यक सिलिकॉन क्षेत्र में वृद्धि के बिना प्रत्येक डिवाइस में बहुत अधिक सुरक्षा को एकीकृत किया जा सकता है।

— शेरेरेल्बक

Answer 1

एक पल के लिए यूएसबी के बारे में भूल जाओ, क्योंकि ये डिवाइस सिर्फ यूएसबी की तुलना में बहुत अधिक अनुप्रयोगों में उपयोगी हैं। सबसे पहले, आपके पहले दो उदाहरणों में डायोड आमतौर पर जेनरिक सिग्नल या जेनर डायोड नहीं होंगे। वे आमतौर पर उद्देश्य से डिज़ाइन किए गए क्षणिक वोल्टेज शमन (टीवीएस) डायोड हैं।

टीवीएस डायोड सभी अलग-अलग स्वादों में आते हैं, लेकिन तीन प्रमुख पैरामीटर हैं। सबसे पहले, अधिकतम रिवर्स स्टैंडऑफ वोल्टेज। यह कार्यशील वोल्टेज है। USB के लिए, आप 5V के बहुत करीब होना चाहते हैं। अगली चीज जिसे आप देखना चाहते हैं वह है क्लैंपिंग वोल्टेज। फिर से, USB के लिए लगभग 5V। आमतौर पर लीकेज करंट काफी बढ़ जाता है क्योंकि क्लैंपिंग वोल्टेज रिवर्स स्टैंडऑफ वोल्टेज के करीब पहुंच जाता है। उस स्थिति में जागरूक रहें जब यह आपके आवेदन में मायने रखता है। अंतिम कुंजी पैरामीटर पीक रिवर्स करंट है। सुनिश्चित करें कि यह आपके द्वारा परीक्षण किए जा रहे मानक को संभाल सकता है।

हाई स्पीड सिग्नल लाइनों (यानी यूएसबी, एचडीएमआई, ईथरनेट, आदि) पर टीवीएस डायोड रखने पर एक बात और ध्यान रखने योग्य है। सुनिश्चित करें कि टीवीएस डायोड कम समाई है। इस उद्देश्य के लिए अनुकूल कई डायोड और सरणियाँ हैं और 0.2pF के पड़ोस में समाई होगी।

जब से हम यहाँ USB के बारे में बात कर रहे हैं मैं सीधे आपके दूसरे उदाहरण पर जा रहा हूँ। यदि डायोड 5 वी के आसपास क्लैंप दिखाया गया है, तो यह योजना उचित होगी और टीवीएस डायोड की कोशिश कर रहे हैं। ईएसडी सुरक्षा के लिए नियमित ज़ेनर डायोड पर्याप्त तेज़ नहीं हैं।

अपने अंतिम उदाहरण में, आप सवाल करते हैं कि क्या शीर्ष नोड Vbus से जुड़ा है और डिवाइस डेटाशीट के अनुसार , यह नहीं है। यदि सिग्नल लाइनों में से किसी पर एक सकारात्मक ईएसडी घटना हुई, तो वह टीवीएस इसे बंद कर देगा। Vbus TVS में पावर रेल के लिए एक उच्च क्लैंपिंग वोल्टेज है।

Answer 2

तुम ने पूछा था,

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

संभावित समस्या ईएसडी (इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज) है जो पीसीबी कनेक्टर के बाहर यूएसबी कनेक्टर से आती है। एक उपयोगकर्ता एक कालीन या अन्य ईएसडी-जनरेटर पर उत्पाद ले जा सकता है, और अपनी उंगली से यूएसबी कनेक्टर को छू सकता है। यहां तक ​​कि अगर यूएसबी कनेक्टर में एक केबल प्लग है, तो वे केबल के दूसरे छोर पर कनेक्टर को छू सकते हैं और यूएसबी के माध्यम से पास कर सकते हैं।

यह न केवल यूएसबी कनेक्टर के लिए सच है, बल्कि किसी उत्पाद से निकलने वाले किसी भी कनेक्टर - यहां तक ​​कि पावर जैक भी।

जब हम किसी उत्पाद को बिक्री के लिए डिज़ाइन करते हैं, और उसने EMI / EMC (विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप और संगतता) के लिए परीक्षण किया है, तो परीक्षण हाउस प्रत्येक कनेक्टर पर संक्षिप्त 8,000V (8kV) कम-वर्तमान स्पाइक्स इंजेक्ट करता है, और बाद में परीक्षण करता है कि डिवाइस अभी भी सही ढंग से काम करता है। आपकी योजना में दिखाए गए उपकरण इस स्तर या उससे अधिक के निर्वहन से बचाने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। ESD सुरक्षा के बिना, यह संभावना है कि डिवाइस इस परीक्षण को विफल कर देगा।

यूएल प्रमाणन क्यों मिलता है, जिसमें एक परीक्षण प्रयोगशाला में हजारों डॉलर खर्च हो सकते हैं? क्या यह कानूनी आवश्यकता है? नहीं, लेकिन वॉलमार्ट जैसे बहुत सारे खुदरा विक्रेता इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों को नहीं ले जाएंगे, जब तक कि उनके पास यूएल लेबल न हो। यूरोप में, समकक्ष CE चिह्न है।