Me han dado un dispositivo en el trabajo para hacer algunas pruebas. Básicamente, un circuito integrado se está quedando obsoleto, por lo que tengo que probar una pieza de sustitución. Al volver a realizar las comprobaciones de ESD, el dispositivo ha fallado.
He comprobado el historial del dispositivo y ya hubo problemas al pasar la ESD. Había una nota del centro de pruebas que decía que como el dispositivo era completamente metálico (carcasa de acero inoxidable) sólo se necesitaba una descarga de contacto de hasta 4kV para pasar (estoy en el Reino Unido). Al parecer, falló varias veces hasta que se añadió un condensador/resistencia entre la pantalla USB y la tierra, y se introdujo una pequeña lengüeta metálica para mejorar el contacto entre la tierra de la PCB y la carcasa metálica. Al parecer, esto permitió que pasara.
Pasan 5 años y vuelvo a hacer las pruebas. Cada vez que hago la prueba de descarga de contactos a +4kV, el aparato pierde la memoria (es un aparato de registro de datos) y necesita un restablecimiento de fábrica y reiniciar el registro para volver a funcionar. Volví a comprobar algunos antiguos utilizando el anterior CI y comprobé que también falla. Parecía que era un problema intermitente (algunos dispositivos pasaron 3 de 10 pruebas, otros fallaron todos los 10, etc) por lo que me parece que el pase en la prueba de ESD anteriormente fue probablemente una casualidad.
Probé varias cosas, puse condensadores extra en paralelo con el actual que conecta el escudo USB a tierra (diferentes valores, alta/baja), cambié la resistencia a diferentes valores (mayor/menor resistencia) y probé con perlas de ferrita en paralelo, y perlas de ferrita en lugar de la resistencia/capacitor como había visto que recomendaban en algunos sitios, pero aún así falló. La única manera Conseguí que pasara fue conectando a tierra la pantalla del USB directamente .
Buscando en internet no encuentro ningún sitio que diga explícitamente si se debe o no conectar a tierra la pantalla del USB. Esta discusión AQUÍ tiene diferentes puntos de vista, este AQUÍ también tiene una discusión al respecto. ESTE El enlace menciona que la pantalla sólo debe conectarse a tierra en el host, pero ningún dispositivo debe conectar la pantalla a tierra.... ESTE El documento dice que la pantalla debe estar conectada al chasis. Sin embargo, en la figura 12 parece mostrar que la pantalla USB debe estar conectada al plano GND.
Parece que hay muchos puntos de vista diferentes sobre esto, así que no estoy seguro de qué hacer a continuación. Conectar a tierra la pantalla permite pasar la ESD, pero ¿es algo que se debe hacer? ¿O debería seguir buscando una solución mejor? Si es así, ¿cuál es una buena solución?
MÁS INFORMACIÓN:
- La placa de circuito impreso es muy irregular y tiene poco espacio, por lo que el suelo plano de tierra cerca del conector USB sea muy pequeño.
- No se me permite cambiar ningún diseño mecánico en esto. Sólo tengo que encontrar una solución que pueda ser fácilmente implementada y que no requiere un rediseño de la placa de circuito impreso o el producto por lo que esas sugerencias son no tiene sentido hacerlas.
- Este es un dispositivo de trabajo y como tal, no se me permite mostrar el esquema, así que por favor no pregunte. El circuito de entrada USB se basó en este diseño:
- La reactancia en modo común, la ferrita y la protección del diodo TVS ya están en el diseño.
- No soy el ingeniero de diseño original. Ya no trabajan para la empresa, por lo que no puedo encontrar su razonamiento para las opciones de diseño que hicieron
- El dispositivo es USB 2.0
- La unidad pasa la prueba a -4kV, es sólo a los +4kV donde falla
MÁS INFORMACIÓN
Y se añadirá aquí más información requerida en los comentarios.
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Andy aka: Puedo mostrarte esto:
Todo lo que puedo mostrar del PCB real es esto:
Se puede ver que la lanza de tierra se detiene antes de la toma USB. El agujero grande es donde las pestañas para el escudo USB para tener una conexión mecánica a la PCB. R1 está conectando el escudo a GND, y el condensador C3 está haciendo lo mismo en la otra conexión. El escudo se conecta a tierra a través de la tapa de 100k res/100nF. Hay una lengüeta metálica instalada en la PCB que se apoya en el chasis metálico. Según el antiguo informe de ESD, esto era necesario o el dispositivo fallaba. Por lo que puedo ver, estas fueron las únicas cosas añadidas además de ese circuito de ejemplo para proteger de la ESD.
En respuesta a las preguntas de los comentarios:
- El fallo se produce al hacer una prueba de descarga de contacto ESD en el escudo USB (todas las demás áreas está bien, sólo el escudo USB falla)
- La prueba se produce mientras la unidad está registrando. No está conectada a ningún dispositivo vía USB.
- He probado un enlace 0R a GND en lugar de la solución de la resistencia/capacitor, pero esto sigue fallando. Cuando añado un cable de enlace directo desde el escudo USB al chasis (que está conectado a la GND de la PCB) entonces el problema se resuelve. Creo que esto se debe al diseño de la PCB. El plano de tierra cerca del lado del USB es muy pequeño (unos 12mm x 15mm). Sin embargo, el chasis es grande. Esto es algo que no puedo cambiar.
- La ubicación de la lengüeta de GND del chasis a la PCB está en una sub-PCB, con una traza de 30ou a la lengüeta. (sí, sé que suena extraño, pero las limitaciones de espacio eran ridículas y este no era mi diseño).
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Coge esa foto y añade detalles que muestren qué extra has hecho para conectar la pantalla a la caja metálica (¿a través de un tapón y una resistencia?). De momento, la foto no me da ninguna pista de cuál es el dispositivo que falla y qué otras precauciones se han tomado, es decir, es demasiado genérica para ser útil.
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@Andyaka He añadido lo que he podido. Sí he dicho cosas que he probado yo mismo antes en la pregunta. Hazme saber si alguna información más te ayuda y te proporcionaré lo que pueda
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Siempre me han dicho que sólo conecte a tierra los escudos USB. Nunca he tenido ningún problema hasta ahora, y la mayoría de los lugares donde parece que pregunto dicen lo mismo
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Me cuesta entender dónde está tu caja en relación con el diagrama original. ¿Es el lado izquierdo o el derecho? Por eso te he sugerido que modifiques la imagen original.
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La caja (carcasa de acero inoxidable) no hace contacto directo. Es un tubo redondo por lo que técnicamente, está todo alrededor. La PCB se desliza dentro y tiene una pestaña metálica que conecta la tierra de la PCB con la caja. Eso es todo. La resistencia/capacitor sólo conecta el escudo a GND. La lengüeta se encuentra a unos 12mm del conector USB.
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La toma de tierra del USB es un cable de cobre capaz de soportar algo de corriente, mientras que el blindaje del USB está hecho de una extraña lámina para envolver los cables. A mí me parece que esta solución de dos tierras separadas era más sencilla y mejor que una gruesa envoltura de cobre.
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@Sergio por escudo USB me refiero al escudo metálico físico del conector USB. Y no estaba preguntando cuál es la definición de escudo o tierra, estoy preguntando acerca de las pruebas de ESD, específicamente este fallo y es mi solución ok
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¿La "tierra" es la tierra de su dispositivo? o ¿todo el dispositivo es flotante y se conecta a tierra a través del cable USB?
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@JackB es un dispositivo de registro de datos portátil, así que no, no es la tierra
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@MCG vuelve a leer mi comentario, escribí que SHIELD y GND son lo mismo pero se dividieron en dos para reducir el coste de producción de los cables. Ambos se conectan a tierra, pero por diferentes razones, por lo que, naturalmente, está bien para conectarlos juntos
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@Sergio lo he vuelto a leer. No has dicho que sean iguales, sólo has dicho lo que son en términos de cable. En cuanto a este PCB, el coste de producción del cable ni siquiera tiene que ver con esto. Estoy hablando de este diseño específicamente. Si tienes una respuesta, publícala como respuesta. Pero asegúrese de leer mi pregunta completamente y comprobar los enlaces antes de decir "naturalmente está bien". Hay que aportar pruebas, ya que hay sitios que afirman lo contrario
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Creo que tu problema es que la conexión entre la pantalla, la masa y el chasis no está lo suficientemente ajustada eléctricamente. El TVS debe puentear los pulsos de señal entrantes a la GND del dispositivo. Has probado a poner en cortocircuito la pantalla con la tierra, pero no ha surtido efecto. ¿El plano de GND tiene una fuerte conexión con la tierra de alimentación entrante o hay algún tipo de componente de "filtro" entre la GND de alimentación y la GND del dispositivo? ¿Qué pasa con la ubicación física de la pestaña de apantallamiento a GND? ¿Se conecta a un plano de GND uniforme con un cobre inundado? Creo que encontrarás que cortocircuitar la tierra del dispositivo al chasis cerca del conector USB resuelve tu problema.
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¿Puedes describir cómo y cuándo haces zapping en el dispositivo? ¿El cable USB está conectado, el dispositivo está en marcha y usted zappea el a) chasis b) escudo USB? ¿Son las únicas partes metálicas expuestas disponibles? ¿El dispositivo está alimentado por VBUS?
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¿Este registrador de datos tiene otros conectores, es decir, qué registra realmente?
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@Barleyman sí, como respondí en un comentario a la respuesta de oliver, cortocircuitando el dispositivo USB al chasis directamente se solucionó el problema. El 'zapping' es en la pantalla del USB. En todas las demás partes, la unidad pasa, es sólo Esto es lo que falla. El dispositivo es no conectado a cualquier cosa a través de USB durante la prueba, es sólo el registro. El problema es que al descargar los datos se borra la memoria. Como he dicho, he conseguido solucionar el tema de la ESD, solo necesito saber si es correcto hacerlo por el método que he utilizado, por lo mencionado en la pregunta
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La pestaña GND está en un sub ¿PCB? ¿Así que en realidad hay un conector de algún tipo entre eso y el PCB principal? Creo que tenemos un ganador.. Puedes intentar poner en cortocircuito el GND del dispositivo cerca del conector USB a la tierra, esto debería hacer que el problema desaparezca. También puedes intentar desconectar el condensador/resistencia entre la pantalla y el GND. No deberías tener un zapping después de hacer eso. Si lo haces, el escudo está (débilmente) conectado en algún lugar a GND de todos modos.
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Relacionados (si no se duplican): ¿Cómo se conecta el escudo del conector USB? y Blindaje de dispositivos portátiles y ESD
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No puedo ver ninguna de las imágenes incrustadas como este , este o este .
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Poner nuevos/más condensadores a través de los existentes puede no haber sido eliminar una fuente de problemas - dices que aparentemente había pasado y ahora 4 años después no lo hace. Puede ser que el condensador original no estaba clasificado adecuadamente.
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@Impishbynature afortunadamente el problema ya está resuelto, pero creo que probablemente tuvo que ver con pequeños cambios realizados a lo largo de los años. Este producto ha sido fabricado por nosotros durante más de 10 años y en algún momento se hicieron pequeñas revisiones y creo que durante esto, no se volvió a probar en ningún momento por lo que el cambio que lo causó se perdió. Pero bueno. Todo está bien ahora.
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En realidad, la pantalla sólo necesita estar conectada en un extremo para que funcione. Pero lo que me desconcierta un poco es por qué están usando ese circuito de televisión para empezar porque parece uno que se utilizaría para una línea de datos no equilibrada (de un solo extremo) en lugar de una línea de datos totalmente equilibrada que es usb.
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@DavidMikeska ten en cuenta que dije que el circuito era basado en en ese diseño, no copiado y pegado