USB Kalkanı. Toprağa ya da toprağa değil mi?

Bazı testler yapmak için işte bir cihaz verildi. Temel olarak bir IC eski hale geliyor, bu yüzden yedek parçayı test etmem gerekiyor. ESD kontrollerini tekrar yaptıktan sonra, cihaz başarısız oldu.

Cihazın geçmişini kontrol ettim ve daha önce ESD'yi geçerken sorunlar vardı. Test tesisinden, cihaz tamamen metal olduğu için (Paslanmaz çelik gövde) yalnızca 4kV'a kadar temas boşalmasının geçmesi gerektiğine dair bir not vardı (İngiltere'deyim). Görünüşe göre USB kalkanı ve toprak arasına bir kapasitör / direnç eklenene kadar birkaç kez başarısız oldu ve PCB toprak ile metal kasa arasında daha iyi temas sağlamak için küçük bir metal çıkıntı sokuldu. Bu daha sonra görünüşte geçmesine izin verdi.

5 yıl devam et ve testleri tekrarlıyorum. + 4kV'de kontak deşarj testini her yaptığımda, cihaz hafızasını kaybediyor (bu bir veri kaydı cihazı) ve fabrika ayarlarına sıfırlanması gerekiyor ve tekrar çalışması için günlük kaydını yeniden başlatması gerekiyor. Önceki IC'yi kullanarak bazı eskileri tekrar kontrol ettim ve bunun da başarısız olduğunu öğrendim. Kesinti bir sorun gibi görünüyordu (bazı cihazlar 10 testte 3'ü geçti, diğerleri 10 vb. Başarısız oldu), bu yüzden bana ESD testindeki geçişte muhtemelen bir şanssızlık gibi görünüyordu.

Bir çok şey denedim, USB kalkanı toprağa bağlayan (farklı değerler, yüksek / düşük) mevcut olana paralel olarak ekstra kapasitörler koydum, direnci farklı değerlere (yüksek / düşük direnç) değiştirdim ve Paralel ve direnç yerine kondansatör yerine ferrit boncuklar görmüştüm, bazı yerler önerdi, ama yine de başarısız oldu. Geçmemin tek yolu USB ekranını doğrudan topraklamaktı .

Çevrimiçi görünüyorsun USB kalkanını topraklamanız gerekip gerekmemesi gerektiğini açıkça söyleyen hiçbir yer bulamıyorum. Bu tartışma BURAYA farklı görüşler var, bu BURAYA da bir tartışma var. BU bağlantı, blendajın yalnızca ana bilgisayara toprağa bağlanması gerektiğini belirtir, ancak hiçbir cihaz blendajı toprağa bağlamaz ... BU belge, ekranın kasaya bağlanması gerektiğini belirtir. Yine de, Şekil 12'de USB kalkanının GND düzlemine bağlanması gerektiğini gösteriyor.

Sadece bununla ilgili birçok farklı görüş var gibi görünüyor, bu yüzden daha sonra ne yapacağımdan emin değilim. Kalkanın topraklanması ESD'yi geçmesini sağlar, ancak bu yapılması gereken bir şey mi? Yoksa daha iyi bir çözüm aramaya devam etmeli miyim? Eğer öyleyse, iyi bir çözüm nedir.

DAHA FAZLA BİLGİ:

• PCB, çok düzensizdir ve uzaması zordur, bu da USB konektörünün yanındaki yer düzleminin çok küçük olmasını sağlar.
• Bu konuda herhangi bir mekanik tasarım değiştirmem yasak. Sadece kolayca uygulanabilecek ve PCB ya da ürünün yeniden tasarlanmasını gerektirmeyen bir çözüm bulacağım, bu yüzden bu önerileri yapmak anlamsız.
• Bu bir çalışma cihazıdır ve şematik olarak göstermeme izin verilmedi, bu yüzden lütfen sormayın. USB giriş devresi bu tasarıma dayanıyordu:
• Ortak mod şoku, ferrit ve TVS diyot koruması zaten tasarımda.
• Ben asıl tasarım mühendisi değilim. Artık şirket için çalışmıyorlar, bu yüzden yaptıkları tasarım seçimleri için gerekçelerini bulamıyorum
• Cihaz USB 2.0
• Ünite -4kV'da testi geçiyor, sadece + 4kV'da başarısız oluyor

DAHA FAZLA BİLGİ

Yorumlara gereken daha fazla bilgi buraya eklenecek.

• Andy aka: Size bu kadarını gösterebilirim:

  

Gerçek PCB'yi gösterebileceğim tek şey şudur:

Zemin düzleminin USB soketinde kısa durduğunu görebilirsiniz. Büyük delik, USB kalkanının tırnaklarının PCB ile mekanik bir bağlantıya sahip olduğu yerdir. R1 daha sonra blendajı GND'ye bağlamaktadır ve C3 kapasitörü diğer bağlantıda da aynısını yapmaktadır. Kalkan 100k res / 100nF kapağıyla toprağa bağlanır. Metal şasiye dayanan PCB'ye takılan metal bir tırnak vardır. Eski ESD raporuna göre, buna ihtiyaç vardı veya cihaz arızalandı. Görebildiğim kadarıyla, ESD'den korumak için bu örnek devreye ek olarak eklenenler yalnızca bunlardı.

Yorumlardaki sorulara cevap olarak:

• USB kalkanı üzerinde bir kontak deşarj ESD testi yaparken arıza meydana gelir (tüm diğer alanlarda sorun yok, sadece USB kalkanı arızalı)
• Test, ünite kayıt yaparken gerçekleşir. USB üzerinden hiçbir cihaza bağlı değil.
• Direnç / kapasitör çözümü yerine GND'ye bir 0R bağlantısı denedim, ancak bu hala başarısız oluyor. Doğrudan USB kalkanından kasaya (PCB GND'ye bağlı) bir tel bağlantısı eklediğimde sorun çözüldü. Bunun PCB tasarımı nedeniyle olduğuna inanıyorum. USB tarafının yakınındaki yer düzlemi çok küçüktür (yaklaşık 12mm x 15mm). Yine de şasi büyük. Bu değiştiremeyeceğim bir şey.
• Şasinin PCB GND sekmesine olan konumu, sekmeye 30 dakikalık iz bırakan bir alt PCB üzerindedir. (evet, kulağa garip geldiğini biliyorum, ancak alan kısıtlamaları saçma ve bu benim tasarımım değildi!)

En iyi pratik

Öncelikle (bir polisin bir kısmı gibi) kişisel olarak, tasarımlarda, kararın değiştirilebilmesi için her zaman bir 0R rezistansını topraklarım. Bu hemen hemen her kalkan için (Ethernet, USB vb) gider

Ortaya çıkabilecek asıl sorun, blendajın iki ucunda topraklanması ve iki ucunun 0V'nin ne olduğu konusunda hemfikir olmamasıdır. Bu, gerekmemesi gereken yerde akan akımlarla her iki uca da zarar verebilir (koruma yolu 0.2 ohm ise ve voltaj farkı 1V ise, 5A gitmemesi gereken yere gidiyor)

Bunun neden olacağını düşündün mü ? Ancak, bir dizüstü bilgisayarın USB üzerinden bir ana şebeke ekipmanına bağlı olduğu durumu düşünün. Dizüstü bilgisayar yalnızca pilde olabilir (gerçek dünya referansı yok), ancak ekipman şebekeye bağlı ve bu nedenle gerçek bir 0V toprak referansı olabilir.

Bu nedenle çözüm, yalnızca bir uca bağlanmak, ancak hangi uca birtakım anlaşmalar yapmak.

Genel olarak, bir USB ana cihazının güç sağlaması beklenir ve ikincil cihaz oldukça sık sık tamamen bus ile çalışır ve dış dünyadaki başka hiçbir şeyle bağlantısı yoktur (düşünün USB bellek çubuğu, WiFi dongle vb.). Genel olarak, USB ana bilgisayarı blendajı toprağa (ve mümkünse toprağa) bağlamalıdır. Bu nedenle, ana bilgisayar tarafının tipik olarak blendajı toprağa veya toprağa bağlaması beklenir.

İnsanlardan ve farklı deneyimlerden pek çok çelişkili yorum olduğu gerçeği, ilk önce de belirttiğim gibi, bunun her zaman uyulduğunu varsaymanın güvenli olmadığını açıkça göstermektedir.

Bu durumda

Bunu bir sohbette tartıştıktan sonra, önerilen çözüm farklı. Bu ESD ile ilgili bir soru olduğu için, dağınık ve karmaşıktır ve tasarımın birçok yönünü içerir (elektrik, mekanik, sistem). Sohbet herkesin görmesi için uygun, ancak önemli bitler var:

• Bu datalogger'ın bir PC / dizüstü bilgisayara olan USB bağlantısından başka hiçbir bağlantısı yoktur.
• Veri kaydedicinin, PCB panosu zemine bağlı metal bir şasesi vardır.
• USB kalkanı doğrudan PCB kartı topraklamasına bağlı değilse (örneğin R || C veya HiZ ile bağlanır), veri kaydedici hata verir (bellek içeriğini kaybeder).
• ESD testinde USB kablosu takılı değil (veya diğer ucunda yüzüyor).
• OP, tasarım yazarı değildir ve bu sorunu çözmek için tasarım değişiklikleri yapmak için çok sınırlı bir kapsamı vardır.

Galiba sorunun büyük olasılıkla PCB yerleşimi ile ilgili olması. ESD dalgalanması, kalkandan bir yol alıyor, hassas elektronik devreleri geçiyor ve en sonunda kasaya ulaşıyor. Blendajı doğrudan kabloya bir kabloyla bağlayarak, ESD dalgalanma yolu PCB'ye yaklaşmadan kasaya ulaşır, böylece problem önlenir.

Bu durumda, veri kaydedicinin başka hiçbir cihazla başka bağlantısı olmadığından; olası sorunlar (amaçlanan) oluşmaz. Bu yüzden kalkanı kasaya bağlamayı öneririm. Bir tel veya daha fazla üretim dostu bir yaklaşım, manüel lehimleme olmadan bir bağlantı sağlayan ve şasiyi panoya takmadan takmayan sünger şeklinde iletken bir malzeme olan konektörün etrafındaki ESD contasıdır.

Daha ideal bir dünyada, panele, böylece PCB'nin panosundan izole edilmesini ve kasanın ekrana bağlanmasını sağlarım. Bu, ESD dalgalanmalarının hassas elektronik cihazlara ulaşmasının mümkün olmadığı anlamına gelir. Veri konektörlerini eğlenmek için USB konektörüne soktuysanız hariç - bu durumda veri kartlarındaki ESD diyotları, PCB panosu topraklaması yerine şasi toprağına yol açan diyotlarda bulunur.

Tasarımınızdaki yüksek akım yolunu incelemeniz gerekir ve tasarımın ESD deşarjının sinyal toprağına girmesini engellemek için ayrı bir koruma ağı sağlamalıdır; Bu kolay bir mesele değil. Sinyal topraklaması ve blendajı arasında basit bir bağlantı kurarak, EMI sorunlarıyla karşılaşabilir ve EMI sertifikalarını kaldırabilirsiniz. Daha fazla ayrıntı için, bu konuyu USB kalkanları için iki çelişkili gereksinimin nasıl dengeleneceği konusunda incelemek isteyebilirsiniz .

Cihaz hakkında bize ne söylediğinizi göz önünde bulundurarak:

• Akülü
• Normalde USB'ye bağlı değil
• Ölçümler sırasında harici sensörlere veya cihazlara bağlantı yok
• Kasa ve USB
  ekranın dışında erişilebilir metal bir parça yoktur .

Sadece şasiyi USB korumasına bağlayın ve onunla bitirin.

Önceki cevap, döngü akımlarıyla ilgili sorunlara işaret etti (devrede şebekeye giden iki farklı GND yolu), ancak bataryayla çalışan yüzer cihaza sahip olduğunuzdan, bu sorun değildir.

Deneme yapmak istiyorsanız, ekran ile GND arasındaki direnci / kapasitörü çıkarmayı deneyebilirsiniz. Ayrıca daha küçük NP0 C0G ESD kapasitörünü kullanmak isteyebilirsiniz, 100nF kapasitör bu tür bir göreve uygun olmayan X7R dielektrik özelliğine sahiptir.

GND-Kalkan bağlantısı görünüşte zayıf ve USB konektörünün yanında değil. Bu yüzden kalkanı GND'ye kısa devre yapmak, geçici olarak PCB'nizden şasi tırnağına değene kadar hareket etmesini sağlar.

Buradaki problem, orijinal tasarımcının USB kalkanı sinyal izlerinin altına koyması. ESD tabancasını sıkmak, etrafındaki izler ve bileşenlerle kapasitif olarak bağlanan kalkanı "zıplar" yapar. Şimdi, sinyal ve VBUS izleri GND'ye kalkar ve böylece korunurlar. Bununla birlikte, bu izler daha sonra GND doğrudan bağlıyken CMC'ye ve ferrite sahip olur - GND geçici kabiliyetsiz kalırken muhtemelen bunlar bu tellerde geçici olanı bastırır.

Nb bu sadece spekülasyon.

İki çözümüm var:

Çözüm A
C3'ü mümkün olan en yüksek kapasitörle değiştirin (mikro, nano uçlar değil).
Bu işe yaramazsa, o zaman

Çözüm B
1) Eklenen rezistörü ve kondansatörü çıkarın (R1 ve C3),
2) bu konektörden topraklama bağlantısını
kesin , 3) blendaj sekmesinden bir tel lehimleyin (R1 C3 düğümü) bu konektör toprağına ve diğer uç lehim karşı konektörün PCB topraklama tırnağına.

Bu talimatların net sonucu, PCB toprak düzlemini USB ekranından izole etmektir. Bu şekilde, USB kalkanı takıldığında, ESD PSB'yi atlayacak ve toprağa gidecek.