¿Qué le hace la ESD a mi circuito y cómo puedo protegerme?

[Kevin Darrah] arriesga los nervios de su dedo índice para aprender sobre la protección ESD. Armado con un calcetín blanco, un sofá de microfibra y una alfombra de nailon, como un mago de un libro, invoca electricidad de sus manos (después de deambular por la casa). Su energía se centró en un MOSFET de pequeña señal de sacrificio 2N7000.

Entonces, ¿qué le sucede a un circuito cuando lo electrocutas? ¿Está muriendo instantáneamente en una película dramática: humo subiendo al techo, sirenas en la distancia? [Kevin] Configure un circuito simple para mostrar la verdad. Tiene botón, MOSFET, LED y algunas vitaminas. Al presionar el botón, la luz se apaga.

Lo mezcla un poco y, con un mini trueno, electrocuta el MOSFET. Después de la descarga, el MOSFET no apaga la luz hasta el final. Desarrollo impactante.

Entonces, cómo protegerse contra estas energías oscuras para destruir un circuito. ¿Energías que aparentemente pueden ser convocadas por cualquiera con una tarjeta de regalo de Walmart? ¿Cómo alguien presiona este mal?

[Kevin] nos muestra cómo se pueden usar dos diodos y una resistencia para maniobrar el alto voltaje de la descarga electrostática lejos de las partículas sensibles. También monitorea experimentalmente y aclara el propósito de cada uno. La resistencia no hace nada por sí misma, está ahí para proteger los diodos. Los diodos están ahí para proteger el MOSFET.

Al final, tenía un circuito que podía soportar el intercambio más vigoroso, calcetines de algodón contra una alfombra de nailon, a lo largo de su piso. Podría soportar la poderosa carga eléctrica que solo puede ser invocada por un hombre adulto saltando en su sofá. Ciertamente magia poderosa. Video después del descanso.

  • Sparkygsx dice:

    Si realmente desea saber cuán difícil puede ser dicha protección, eche un vistazo a los requisitos aeroespaciales DO-160 para pararrayos. Verano corto: uno de los peores picos transitorios es +/- 1600V con impedancia de salida de 1 ohmio para 200us, 50 veces en 1 minuto.

    Para especificaciones automotrices, consulte ISO 7637.

    La protección transitoria es más que solo ESD, pero la red básica es la misma: voltaje de soporte, corriente límite.

    • Kevin Harrelson dice:

      Hace más de diez años, trabajé para un subcontratista del gobierno que se dedicaba principalmente a la industria de defensa. Entonces estaba trabajando en un sistema de antena para aviones de combate. Tuve que llevar este sistema de antena a una sala de radio (una de esas enormes salas de metal con divertida espuma angular en todas las paredes). Lo curioso fue que esto fue en Florida, donde la humedad hizo que la electricidad estática casi nunca fuera un problema. Sin embargo, en esta habitación, alguien puso tablas de madera para caminar sobre estas cosas espumosas, y simplemente caminar sobre la madera generaría suficiente electricidad estática para crear chispas de 3/4 ″ cuando tocaba el metal. De hecho, estaba aterrorizado de manipular la antena en un entorno así. Sin embargo, todo sobrevivió: teníamos algunos diodos de protección fuertes allí.

  • Alfred D. dice:

    Esto es genial en el mundo real de la electrónica. La mayoría de los microprocesadores lógicos, etc. tienen esta protección, pero casi siempre es una buena idea agregarla a casi todo, sin importar si no te gusta un transistor o no. Esta configuración es clásica, pero también puede hacerlo de manera diferente. Solo piénsalo de esa manera. Utilice diodos para maniobrar la corriente a una ruta de baja impedancia como uno de sus rieles de alimentación o tierra de acuerdo con la diferente polaridad de la descarga. BAT54S es bueno para esto y para algunas resistencias de paquete más grande de película delgada.

  • Ted dice:

    Si busca lo suficiente, puede encontrar MOSFET discretos con protección ESD incorporada (soportes Zener) en la puerta, al menos para electrodomésticos, no estoy seguro de que existan para una pequeña señal. ¿Por qué estos dispositivos de autoprotección ya no son populares?

    • rnjacobs dice:

      Los diodos de polarización inversa (que incluyen Zener cuando no son conductores) funcionan como varicaps. Pequeño, generalmente solo unos pocos pF, pero cuando trabaja con alta frecuencia, esos pocos pF pueden causarle problemas.

    • Palmadita dice:

      Porque pueden tener dolor de cuello si no los necesita allí. Si no expone el chip a conexiones externas, la ESD no debería ser un problema a menos que alguien esté mirando a través de la placa. Y tener los diodos allí significa que tiene algunos pF más de capacitancia, y tiene un camino parásito de regreso a la fuente de alimentación que puede respaldar el chip que apesta si intenta cerrar secciones del circuito.

  • Steve Greenfield dice:

    Hice una publicación de blog a principios de este año sobre cómo muchos especialistas en marketing de Internet no usan las bolsas de protección antiestática adecuadas y cómo siento que esto lastima al creador.

    http://ae7hd.blogspot.com/2016/06/static-shielding-and-how-some-online.html

    • Steve Greenfield dice:

      Uno de los peores fue SainSmart. Pedí pantallas TFT, radios de 2,4 GHz, etc. Y llegaron con los alfileres pegados en espuma blanca, en un punto literalmente empacando cacahuetes, envueltos en cinta adhesiva y sujetos en simples bolsas Ziploc transparentes. Ninguno de ellos funcionó al 100%, algunos eran DOA.

      Entre la carga estática creada por la cinta y la espuma, los neumáticos de los camiones y todas esas correas de goma en la carretera, no me sorprende que se dañen.

      Los saludé al respecto, ahora están mucho mejor.

  • Sr. Nada dice:

    Tantas hojas de datos para las piezas que utilizo la protección de lista como característica principal. Me pregunto si esos constructores de computadoras que son completamente expertos en sus correas de escritura no saben nada. Nunca he usado uno, y no recuerdo haber tenido un problema causado por esd.

    • Ren dice:

      A veces, la ESD hace que crezcan pequeñas dendritas entre las trazas en el silicio, a veces la ESD provoca una pequeña grieta en una traza en el silicio. Es posible que ambos no se noten cuando ocurren por primera vez, pero el daño ha comenzado; y las dendritas pueden acortarse y las grietas pueden convertirse en circuitos abiertos.
      Es posible que no sepa si el error de un artículo fue causado por daños por ESD hace dos o tres años ...

      • Sr. Nada dice:

        Tengo máquinas que construí hace 10 años que todavía funcionan muy bien. la mayoría de los que no funcionaron bien después de resumir sus fuentes de alimentación.

    • Dissy dice:

      En la fábrica, si el cliente falla por completo, su reacción inicial es culparnos de todos los problemas.
      Si no usamos muñequeras ESD, dirían que la causa debe ser ESD y debe ser nuestra culpa, incluso si claramente cortaron la PCB por la mitad o algo así.

      Algunas esposas ESD son mucho más baratas que disputar tal pelea.

      • Alfred D. dice:

        Corrí ...
        El montaje 10x tarda más de 6 meses. 5x en la instalación A y 5x en la instalación B utilizando las mismas bobinas y tienen procesos casi idénticos, sin embargo, la instalación A casi no tiene protección ESD y la instalación B tiene una amplia protección ESD de almacén con patas, etc. Obtuve un 20% de fallas en la instalación A y un 3% en la instalación B. Las placas se veían idénticas, sin embargo, las fallas en la instalación A eran piezas malas debido a circunstancias desconocidas. Es posible que lo dañen de otra manera, pero prefiero usar una instalación con protección ESD por eso. La realidad es que la ESD puede ser un problema para algunos productos, pero otros no son tan importantes.

    • Kevin Harrelson dice:

      Siempre que toque algo conectado a tierra antes de manipular dispositivos electrónicos y no se siente en una silla con fibras sintéticas, * probablemente * esté bien. La protección ESD es estándar en las almohadillas de E / S en todas las bibliotecas de chips.

      Aún así, dicho esto, una vez maté una placa con un evento de ESD en un cable USB. Mató el circuito base por completo.

      • Steve Greenfield dice:

        Examinemos lo que acaba de decir. Siempre que toque algo en el suelo, estará bien. Pero un evento de ESD a través del cable USB blindado a tierra mató una placa base. De todos modos, creo que mucha gente encuentra todo el misterio de "tocar algo basado primero". Conocí a personas que caminarían afuera, tocarían un poste de cerca de metal y luego volverían a trabajar en su proyecto. Pensar que tocar el metal de la tierra de alguna manera los protege mágicamente. Steve Greenfield AE7HD http://www.linkedin.com/in/stevenjgreenfield

        • Alfred D. dice:

          Se trata de una diferencia potencial. Una conexión a tierra solo es válida si la cosa que está a punto de tocar también tiene potencial de tierra. Sería aceptable si flotara en el aire para sostener una línea de 115 kV porque la diferencia de potencial entre usted flotando y la línea de 115 kV es cero. (descuidando los problemas iniciales de vinculación). Por ejemplo, si alguien tiene un proyecto en sus manos y usted también quiere tocarlo, debe tener la posibilidad de que NO esté a tierra. Tocar entonces ahora tiene el mismo potencial.

          • Steve Greenfield dice:

            Así es. Es mejor tocar el maletero exterior y mantenerse en contacto durante el trabajo que conectarse a tierra usted mismo y no a tierra la carcasa. Los cables de tierra a los pasamanos tienen resistencias de 1M incorporadas, en parte para protegerlo de la electrocución de un circuito vivo y en parte para limitar la corriente de cualquier descarga estática. Esto también reduce las corrientes inducidas. Steve Greenfield AE7HD http://www.linkedin.com/in/stevenjgreenfield

      • Carl Smith dice:

        Una vez maté a un nuevo enrutador TP Link barato a través de ESD. Hice la configuración inicial con un cable LAN conectado a mi computadora portátil y el enrutador sentado en el suelo junto a la silla. Cuando terminé todos los ajustes, desconecté el cable Ethernet de la computadora portátil y me levanté de la silla mientras sostenía el extremo del cable. Sentí una chispa, y ese es el final de TODOS los puertos LAN cableados de ese enrutador.

        El puerto golpeado murió directamente. Los otros a veces funcionan un poco pero son muy poco fiables. Si actualiza el enrutador en el navegador unas 20 veces, eventualmente puede cargar toda la página.

  • DainBramage dice:

    Cuando describo la ESD a otras personas, suelo decir algo en el camino: "Tiene una pieza nominal de 3.3v que puede tolerar un máximo de 5v. ¿Qué cree que sucederá cuando la golpee con los 15kv generados por ¿calcetines?"

  • Dr. Pedersen dice:

    La peor sensibilidad de ESD que he encontrado fue en los FET discretos usados ​​en un medidor de banco Fluke 8620. Parecía que no importaba lo que hiciera, siempre fallaba. Estación de reemplazo ESD completa con muñeca, cojín de escritorio, soplador de iones, bata de laboratorio conductora y humidificador de laboratorio. ¡Tontos sensibles!

  • Ricardo dice:

    Muy buen video y un recorrido claro del experimento. Tengo un sistema de seguridad hecho en casa y los sensores que provienen de interruptores externos hacen que mi placa controladora se caliente después de un rayo. Intenté agregar una serie de resistencias, pero ahora puedo ver con tu video por qué funcionan. Anteriormente he visto la disposición de dos diodos traseros, pero su explicación de cómo maniobran la corriente a los rieles eléctricos es clara. ¡Ahora puedo ver una solución a mi problema en lugar de simplemente probar componentes aleatorios y luego esperar una tormenta eléctrica! Gracias por quemarte los dedos para educarnos 🙂

    • Remi dice:

      La ESD y el golpe ligero son realmente dos cosas diferentes en términos de severidad. Para sobrevivir al DO-160, hacen mucho más que compresión con resistencias de diodo +. En su caso, también tiene la opción de reemplazar cables largos (como parece tener en su configuración, por medidas largas) con una conexión inalámbrica. Los cables largos actúan como antenas y, a menudo, son la entrada principal para esd en un sistema. Puede intentar proteger el sistema con soportes de diodos con seguridad, pero pueden ser difíciles de medir, así que, ¿por qué no eliminar la entrada principal expuesta será más fácil?

      • omegatotal dice:

        o cambie a un método de señal diferente si es posible.

    • MichalKob dice:

      Puede experimentar calambres. Es un fenómeno desagradable que ocurre en los circuitos integrados CMOS que contienen un SCR interno gigante entre sus rieles de alimentación. Permanece apagado durante el funcionamiento normal, pero un zap sólido lo enciende con fuerza, lo que provoca una corriente de suministro excesiva, aunque el dispositivo podría normalizarse después de un ciclo potente.

  • Pigo dice:

    Esperaba un poco más de información aquí. Normalmente hago pruebas de acuerdo con IEC 61000-4-2. Los problemas provenientes de ESD no son solo el alto voltaje aplicado directamente a los componentes, podría mencionar algo sobre los campos inducidos que genera cuando descarga. Muchos circuitos tienen problemas porque el pulso de frecuencia bastante alta generado y conectado a sus líneas de transmisión de señal causa problemas. Ese pin de reinicio de su microcontrolador, que acaba de tirar con una resistencia de valor bastante alto, es un buen objetivo, siempre agregamos al menos 100pF y un límite> 100nF justo al lado del pin de reinicio para maniobrar estos eventos de HF conectados a tierra y mantener el restablece los pines estables.

    • Ene. dice:

      Estoy totalmente de acuerdo, pero es un buen trampolín para todos los visitantes pirateados que no conocen (o no reconocen o deciden ignorar) la importancia / el terror de la EDS. Veo una oportunidad para que La-Tecnologia escriba una serie de artículos para abordar este problema. Hackday ha escrito cosas más educativas que realmente ayudan al principiante y refrescan la mente del experto. Realmente creo que esos artículos deberían “juntarse” en un rincón del sitio web y podrían servir de ayuda para todos los que se inician en la electrónica.

    • Sheldon dice:

      Como sugiere Jan, aunque carece de contenido técnico real, es un buen punto de partida para aclarar los problemas y las cosas a considerar para proteger los dispositivos, pero algo que HaD realmente podría construir y entrar en altos niveles de detalle.

      Si uno está comenzando (o simplemente tiene algo como este video como guía), debe tener cuidado de que no todas las protecciones ESD sean iguales y fáciles de engañar, como parte de lo que se dice en algún nivel. de inmunidad ESD que estará bien. Me acabo de enterar por mí mismo mientras hice algunas pruebas 61000-4-2 / ​​HBM de algunos aisladores I2C que son seguros para +/- 8kV, sin embargo, mueren bastante rápido en el proyecto, así que elimino varios diodos de protección ESD diferentes para encontrar la lógica adicional mejor / más barata / más pequeña que impulsará todo.

      • Pigo dice:

        Estoy totalmente de acuerdo y me gustaría ver artículos adicionales con información más detallada sobre lo que realmente puede suceder con sus circuitos o dentro de sus componentes para seguir la simple "introducción". Daño que no se muestra de inmediato, pero que puede eliminar el rendimiento de su componente o, posteriormente, causar fallas prematuras. O algo sobre la capacidad y el acoplamiento inductivo de eventos EMI en sus circuitos (y por qué es una buena idea colocar los dispositivos de protección en el lugar correcto y conectarlos con una pista de más de 2 mil de ancho).

        Y sí, debe tener mucho cuidado con los fabricantes que enumeran la protección ESD en las hojas de datos. La protección generalmente solo se aplica a algunos de los IO, y si tiene un buen componente alto y aplica unos pocos kilovoltios al puerto de señal "protegido", el ESD simplemente puede "saltar" a algunos pines desprotegidos del mismo componente y eliminarlo. morir de todos modos ... Y recuerde siempre que la corriente que tiene que fluir a través de los diodos de protección en su IC quiere ir a alguna parte. Si su conexión VCC / GND es mala (alta impedancia, sin condensador directamente al lado del IC, ...), los diodos realmente no pueden funcionar porque la corriente no puede (o no) ir a ninguna parte.

  • Experto en sillón dice:

    Otra cosa desagradable de la ESD es que no siempre causa una falla inmediata obvia. Puede estar destruyendo algo y está funcionando y comportándose bien en el banco o en el entorno de ideas, pero decide entrar en su modo fallido a 30.000 pies a unos pocos grados sobre cero o en medio del desierto entre las áreas de descanso. La mejor práctica es tratar todos los componentes activos y las placas pobladas con activos como los sensibles a ESD, independientemente de si lo son o no. Es una molestia y no haría eso en casa o en una situación en la que no es demasiado importante, pero en muchas industrias importa mucho.

  • Pizzaplanet dice:

    Sentado en una clase analógica dos semanas después del período promedio, leí "prensa" y me morí de risa, +1

  • evitar dice:

    ¿Realmente nos saltamos EN61000-4-2 en esta publicación?

  • NewCommentor1283 dice:

    Sé que suena difícil de creer, pero tenía un sistema basado en 486 con un BIOS de memoria flash y recuperación automática, sacando estáticamente el BIOS, no sé si estaba dañado o simplemente dañado. la recuperación automática me recibió con una solicitud de un disquete con la biografía correcta. Es una pena que Internet no tuviera una copia de la biografía en ese momento, porque en ese entonces la gente no subía cosas solo para ser la que más subía, y mi modelo no estaba ahí.

    y sé que fue un daño estático porque sucedió cuando ingresé al caso mientras estaba encendido, causando un bloqueo (biografía sin caché) y durante un reinicio dio un error.

    levemente, el daño se limitó a la biografía y se guardaron todos los demás datos / hardware.

    • NewCommentor1283 dice:

      por otro lado, me cayó un rayo, pero mi celular en mi bolsillo sobrevivió ...

  • Greenaum dice:

    Por favor, no las llames "vitaminas", ¡suena tan estúpido!

    ¿Estás diciendo que la electricidad estática daña los nervios? Nunca había oído hablar de eso antes.

Miguel Vidal
Miguel Vidal

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