¿Se conecta un TVS de sobrevoltaje para conexión en caliente USB a tierra blindada?

La elección de dónde poner a tierra el pin de tierra de un chip ESD depende del tipo de dispositivo que esté fabricando.

Si el dispositivo se alimenta de una fuente de alimentación individual que va a la toma de CA de la pared, debe tener el blindaje separado del plano de la señal, y el blindaje debe estar conectado al plano de la señal solo en un punto, preferiblemente en el área del conector de alimentación de CC ( si no hay un tercer pin especial en el cable de CA). En este caso, el dispositivo de protección ESD debe estar conectado a tierra en el PLANO DE TIERRA DE LA SEÑAL, para evitar que un pico excesivo de ESD atraviese los pines del IC que desea proteger. Si se conecta a tierra con el blindaje (generalmente con una alta inductancia), el dispositivo TVS no podrá desviar el voltaje a través de los pines de señal reales y la eficiencia de la protección ESD será menor.

Si su dispositivo funciona con batería o con bus USB, el escudo no proporciona una ruta alternativa para el pico ESD. En los dispositivos electrónicos portátiles de mano, es recomendable hacer que el blindaje esté bien conectado a la tierra de la señal, al igual que el mismo plano de cobre. En este caso no hay diferencia donde conectar el protector TVS.

Sin embargo, el camino para la descarga de ESD puede ser complicado y dependerá del diseño general del sistema y de la puesta a tierra interna y la ubicación del blindaje. Todavía es un desafío CAD modelar toda la complejidad tridimensional del campo eléctrico con todos los conductores del dispositivo y cubiertas conductoras, por lo que la forma más práctica es construir varias configuraciones del dispositivo y determinar la mejor variante experimentalmente.

El circuito recomendado tiene algunos diodos TVS, pero no recomienda qué obtener. La selección del diodo TVS debe considerar la capacitancia del diodo TVS porque eso podría reducir la velocidad de la línea USB (de 2.0 a 1.2) si la capacitancia es demasiado alta. Es más fácil mirar los circuitos integrados porque están diseñados para un estándar ESD específico (como IEC 61000-4-2).

El TPD4S012 tiene una clasificación ESD de "descarga de contacto IEC 61000-4-2 de ±10 kV" y una capacitancia baja de menos de 1pF. Aunque parecería del diagrama que el TPD4S012 tiene protección OVP, nada en la hoja de datos lo indicaría. Solo está clasificado para una sobrecorriente de 3A por 20us, además de la$V_{BR}$comienza en 6V a 9V dependiendo de la parte de las líneas de datos. El$V_{BR}$para Vbus comienza a 20V. Entonces es un protector OVP realmente pobre.

No proporcionan ninguna información del paquete en la hoja de datos sobre clasificaciones térmicas, pero dicen que no puede calentarse más de 85 ° C, pero si consideramos que la mayor parte del calor se filtrará en la PCB, la resistencia térmica de unión a placa de 343C/W sugeriría que la parte excedería su clasificación máxima absoluta después de disipar 250 mW, lo que no sería difícil de hacer en una situación de OVP.

Si bien la parte es excelente para la protección contra ESD, usaría un diodo OVP en el Vbus antes de esta parte o un Zener.

Si no se requiere protección ESD (según los estándares regulatorios y las pruebas) (eliminan su diseño en reglamentario con una pistola ESD), entonces opte por el diseño más simple / más barato como los diodos TVS.

La versión FTDI que se muestra en la publicación anterior no funcionará.

Los diodos TVS en VBUS, D+ y D- protegerán los circuitos integrados conectados contra daños. Esos circuitos integrados tienen sus suministros de voltaje referenciados a GND, pero no al escudo. Por lo tanto, los diodos TVS deben ir a GND, pero no al escudo.

El blindaje está destinado a evitar que el cable se convierta en una antena. Para ese propósito, el blindaje debe estar "conectado a tierra" para las señales de RF mediante un capacitor con una resistencia en paralelo para descargar ese capacitor de los eventos de ESD; los valores típicos son 4.7-10nF y 1MOhm.

Además, se puede poner un diodo TVS en paralelo a ese capacitor para evitar que el capacitor se dañe por eventos de ESD.

Además, si los diodos TVS, especialmente de las líneas de datos, están conectados al blindaje, ese acoplamiento capacitivo puede causar problemas de EMC y las pruebas de EMC fallan y la integridad de la señal se ve significativamente perturbada. No olvide que el blindaje de los cables USB conectados suele ser accesible y se puede tocar.