A visão de um hacker sobre a proteção da ESD pode dizer muito sobre eles. Eu já vi algumas categorias boas de hackers negligenciando a proteção da ESD-há os ainda-enxericiosos, aqueles com uma atitude de me de diabo ou simplesmente aqueles de nós com sorte de viver em um clima razoavelmente úmido. Mas até que possamos controlar o clima global, sua melhor aposta é fazer amizade com alguns diodos de ESD antes de ficar preso a substituir uma placa de microcontrolador firmemente soldada no seu PCB com a ajuda de 40 cabeçalhos de pinos de orifício.
Os seres humanos são muito bons em gerar choques elétricos e, muitas vezes, você chocará seu hardware sem sequer sentir o choque. Seus GPIOs sentirão, no entanto, e pode se propagar além dos pinos de entrada/saída dentro do seu chip. Os eventos de ESD podem ser uma causa de “mau funcionamento estranho”, travas repentinas de hardware, batatas fritas morrendo do nada no meio do trabalho-nada para desejar.
Não se preocupe, no entanto. Quer construir hardware que sobreviva? Dê uma olhada nos diodos ESD, onde e como adicioná -los, onde evitá -los e os parâmetros que você deseja ter em mente. Ah, e também vou falar sobre todas as maneiras chiques que você pode usar mal diodos ESD, para o bem e o mal!
Como é feito
O diodo ESD mais simples é apenas dois diodos em série, com o sinal protegido conectado no ponto médio. A fiação é fácil de lembrar – conecte os diodos de uma maneira que eles não conduzem de 3,3 V para GND; portanto, em inverso, da mesma maneira que você ligaria um diodo para derrubar uma bobina de revezamento. É apenas destinado a conduzir em circunstâncias sem precedentes, não normalmente.
Digamos, você usa um diodo com queda de tensão para a frente de 0,7 V. Em seguida, essa configuração desviará as tensões acima-em seus trilhos de energia e solo, tanto a baixa impedância com muita capacitância e indutância, o suficiente para dissipar a energia de choque. Menor que o GND – 0,7 V, e superior a VCC + 0,7 V – já viu o que mencionou nas folhas de dados, a propósito?
A esmagadora maioria dos ICs vem com diodos ESD embutidos. A lógica do CMOS, predominantemente predominantemente prevalecente nos dias de hoje, exige basicamente – os FETs são extremamente sensíveis aos eventos de ESD, especialmente seus portões. Não acredita em mim? Aqui está um vídeo altamente persuasivo que abordamos, que mostra um FET facilmente morrendo de um evento ESD!
Então, seu trabalho é feito aqui? Você pode confiar nos diodos ESD internos do IC? Não, infelizmente. Os diodos ESD internos de IC são agradáveis e um deve ter, mas não suficiente para uma grande porção de choque. Efetivamente, eles estão lá para proteção GPIO de menor grau. Se seus GPIOs forem, ou poderão ir facilmente, para o mundo exterior, ou talvez estejam próximos de trilhos de alta potência, talvez você esteja dirigindo um alto-falante ou alguns motores com parte do seu circuito, ou se talvez você queira tocar sua placa com os dedos às vezes-você desejará adicionar seus próprios diodos ESD à mistura.
Vamos proteger alguns GPIOs
Você pode usar dois diodos em uma pitada – dois 1N4148 são uma forma válida de proteção de ESD. Melhor ainda, você pode comprar um componente de dois diodos pronto para ir. Aqui está um número de peça – Bav99; São dois diodos em série, no SOT23, com o ponto médio no pino 3. Pino superior no VCC, pino inferior para GND, o pino do meio vai para o seu sinal – o que poderia ser mais fácil de rotear? O BAV99 não pretende ser um diodo ESD, mas terá um desempenho maravilhosamente. Esta é a proteção mais básica que você pode dar a um GPIO-jogue um resistor em série de baixo valor também, se você é generoso. Se você estiver fazendo, digamos, um circuito RP2040, você já terá alguns resistores de 27R em série – basta polvilhar alguns deles em sua prancha e você é dourado.
Mas espere, há mais
É tudo o que você pode fazer com isso? Não, há mais! Lembre -se de como você tem que colocar um diodo em uma bobina de relé ou um motor que você está dirigindo com um transistor? Aqui está um relé divertido para você – Omron G6SK-2. É um pequeno revezamento para sinais de troca (pense em comutação de áudio analógica) e o que é legal nisso, está travando. Você sabe como precisa reverter a polaridade da tensão em um motor DC para reverter a direção que gira? Este relé usa a reversão da polaridade para alternar, em vez de uma bobina que requer consulta constante para manter um conjunto de contatos conectados.
Portanto, um pequeno revezamento para sinais, que requer zero energia para permanecer. Agora, como você dirige? Com os motores, você os dirige com uma ponte H-um transistor do VCC, um de GND, para cada poste, e esses quatro transistores são normalmente colocados dentro de um único IC. No entanto, usando um IC inteiro de ponte H em um pequeno relé que mal precisa de qualquer poder para começar? Parece bastante desperdiçado!
Um conjunto GPIO para saída é eletricamente equivalente a uma ponte H. Coloque a bobina do relé entre dois GPIOs, e você pode alterná -lo sem esforço. Que tal um diodo de proteção EMF traseiro? Não posso mais colocá -lo na bobina, então você não pode trocar de polaridade. Em vez disso, basta colocar um par de diodos ESD nas GPIOs, e você é bom.
Você pode dirigir um pouco de coisa dessa maneira-não apenas relés de baixa potência, mas também atuadores lineares, como os motores de taptic do iPhone, vibromotores e pequenos eletromagnets. Portanto, se você precisava estocar BAV, esse é o seu motivo extra para fazê -lo.
Onde você geralmente colocaria esses tipos de diodos? Em GPIOs externos, sim, mas também os botões-mesmo que estejam por trás de uma fina camada de plástico!, E teclados, pinos de Pogo de usuário, conectores de bordo, conectores de fone de ouvido, almofadas ibutton e assim por diante. Estes não são os únicos diodos que você deseja, é claro. Vamos falar sobre a capacitância do diodo ESD e onde começa a importar.
Alta velocidade e alta demanda
Imagine um Pi Pico. Nele, há GPIOs que valem a pena proteger. O que mais? A porta USB, com certeza – e se você está ousando o suficiente para conectar Ethernet a um pico, também esses pinos. No entanto, se você usar o BAV, poderá experimentar a degradação do sinal ou outros efeitos colaterais inesperados. Por que? Um dos principais motivos é a capacitância do diodo ESD.
Usando um pacote SOT23-6 como este para proteger as linhas USB? Cuidado com a forma como você deveria conectá -lo. Alguns pacotes de diodos têm conexões internas e esperam que você interrompa o sinal sob eles, e outros exigem que você puxe os fios sob o pacote; Alguns deles incluem indutores. Verifique a folha de dados para obter um exemplo esquemático e compare com o seu.
Outra armadilha à mente. Lembre -se de como há um caminho para GND e um para o VCC? Bem … e se o seu gpio estiver alimentado, mas seu VCC não é? O poder fluirá do GPIO para o VCC-você deve se lembrar deste do attiny reduzido que apresentamos. Este também é um problema em que você pode tropeçar se colocar chips com várias entradas de energia e não pensar nisso.
Onde mais essa situação poderia aparecer? Por que, USB-C. Se você estiver conectando canais ADC aos pinos de CC, como desejar, se quiser verificar se você recebe 3A a 5V, você deseja proteger isso. Ou talvez você tenha um controlador de PD em sua placa – você deve proteger seus pinos de CC, com certeza. Agora, lembre -se de como funciona a negociação do CC? Uma PSU possui um resistor de suas VBUs para o (s) pino (s) CC (s) e mede as tensões de CC, esperando um resistor de 5,1k. E se o seu VBUS não for alimentado e você usar um diodo ESD conectado ao VBUS no CC? Parte dos fluxos de corrente de pullup CC nos VBUs, SAGs de tensão, tensão CC é menor que o esperado e a PSU nunca acaba fornecendo VBUs.
Sem VBUs, sem problemas
Ruim? Ruim. Recentemente, eu tropecei neste projeto, em meu próprio projeto. Felizmente, você realmente não precisa de uma conexão VBUS – na verdade, tudo o que você precisa é desviar a tensão se exceder um certo limite. Temos diodos para isso também! Eles são chamados de TVs – é como um zener, mas melhor. De fato, como os diodos SOT23-6 ESD tendem a conter TVs, você pode desconectar o VBUS do seu SOT23-6. No entanto, você ainda deve conhecer mais uma raça de diodos de ESD – para começar, eles provavelmente são os diodos ESD mais achatados com os quais você trabalhará.
Diodos de formato DFN25-10. Onde você os viu? Um Raspberry Pi, por um – lá, eles estão ao lado do (s) conector (s) HDMI, três deles no mínimo! Esses diodos são ótimos para o objetivo geral, protegendo o que você quiser – você pode colocá -los em pinos USB, Ethernet, USB CC, pinos da matriz do teclado. Meu número de peça favorito é o TPAZ1043, mas não se apegue a isso – basta procurar DFN2510 e você encontrará alternativas em abundância.
Alguma captura com elas? A tensão limite, por um. Se você estiver fazendo GPIOs de 3,3V, deseja garantir que seu diodo não comece a desviá-los-e se você comprar um diodo com o objetivo de proteger interfaces modernas como o USB3, seu limiar pode muito bem ser 3.3V ou um pouco abaixo-limítrofe se não for totalmente desqualificante se você quiser seu gpio (ou uma conexão USB2) para permanecer. É um diodo maravilhoso, é claro, apenas, a aplicação errada.
Eles são os mais agradáveis também. Coloque -os alinhados com sinais, coloque -o no seu GND (0,5/0,3 via fará maravilhas) e você está definido. O problema com isso? Você pode relaxar um pouco demais ao usá -los, lembre -se de manter os dedos dos pés.
Um elemento -chave
Acha que terminamos? Ainda não. Lembra que eles são muito planos? Agora, onde você poderia usar alguns diodos muito planos? Que tal… um teclado portátil com NKRO? A NKRO precisa de diodos em todas as teclas, mas se você estiver fazendo um Keeb portátil de 50 teclas, pode não necessariamente usar 50 diodos separados. Não se preocupe-os diodos do solo dentro do pacote de diodo DFN2510 ESD ainda estão prontos para serem. Capazes de conectar quatro teclas por pacote de diodos, são muito mais fáceis de manusear e escolher diodos SMD de pacote minúsculo comum, e garantem que seu teclado possa fazer todos os tipos de combos de chave. Você sabe, para compensar a menor quantidade de chaves.
Os hacks são legais, é claro, mas, acima de tudo, os diodos de ESD devem garantir que seu hardware dure. Esteja você construindo um Devboard, uma instalação do Captouch Arts, um fiel eletrônico de bolso multitool, um relógio personalizado para presentear para o seu filho ou o menor teclado de todos os tempos, os diodos ESD são seus amigos. Você deve polvilhar -os em seus circuitos, mantê -los em seu estoque, espalhar a palavra e eles o protegerão por sua vez.
Gostou deste artigo? Confira uma das parcelas táticas anteriores de hackers, onde mostrei como detectar diodos ESD internos com um multímetro, especificamente, para investigar a continuidade da fiação e os circuitos de engenharia reversa! Você também deve saber disso.
