Mi comprensión siempre ha sido que cualquier pin de E / S de CMOS necesita protección ESD externa, ya que los diodos de protección en el chip solo están allí para protegerse contra los eventos de ESD durante el manejo del fabricante.
Sin embargo, a lo largo de los años he desmontado algunos dispositivos que conectan directamente los pines de E / S CMOS y NMOS al mundo exterior mediante conectores DIN o D-sub, sin ninguna protección. Esto no es solo equipo de aficionados, lo he visto de manera rutinaria en equipos comerciales de alto precio (£ 1000 +). Esto es especialmente cierto en equipos antiguos (desde finales de los 80 hasta finales de los 90).
Entonces, ¿estoy exagerando tratando de proteger cada pin de E / S con componentes externos? ¿O podría ser que estos diseños comerciales en realidad tienen serias fallas? ¿Podría ser que los pines de solo salida son menos vulnerables a ESD que los pines de E / S o de entrada? (aunque también he visto entradas expuestas de esta manera)
Más específicamente, me estoy embarcando en un proyecto en el que necesitaré conectar ocho pines de E / S de MCU a un conector D-sub, sin ninguna resistencia en serie. Consideré el uso de ocho diodos TVS para protección, pero esto parece ser inadecuado, incluso si el TVS sujeta a 6 voltios, eso es todavía un voltio más alto que la fuente de alimentación. Por lo tanto, una corriente pesada fluirá a través de los diodos ESD en la MCU. Esto podría destruir el pin de E / S o bloquear el chip.
Mi posición alternativa es usar 16 diodos schottky externos para sujetar a los rieles de alimentación, pero eso es un montón de piezas en una pequeña tabla. Tengo entendido que protegerá completamente contra el enganche, un schottky externo puede tener una caída de voltaje mucho menor a varios amperios.
Consideré el uso de una matriz de diodos schottky 74S1053 ya que puede sujetar 16 líneas. Pero, desafortunadamente, el dispositivo está diseñado para la terminación del bus en lugar de la protección ESD. Tiene una caída de tensión directa bastante alta en corrientes significativas. Suponiendo que un evento ESD pudiera ver corrientes en el orden de varios amperios, el voltaje a través del diodo aumentará a un par de voltios. Esto obligaría a la corriente a fluir a través de los diodos de protección interna de la MCU, con todos los efectos nocivos que esto podría causar. ¿Pero hay algo que estoy pasando por alto aquí? ¿Podría el 74S1053 ser una opción viable?
Al igual que muchos chips CMOS, la hoja de datos de MCU especifica que las entradas no deben desviarse de los rieles de suministro en más de 0,3 voltios. La corriente del diodo de sujeción está limitada a 20 mA. He visto de primera mano un chip CMOS que se engancha y agarra el suministro debido a la corriente que fluye a través de los diodos de protección, por lo que estoy muy interesado en evitar que esto suceda.
¿Cuáles son las "mejores prácticas" en una situación como esta? ¿Le ayudaría agregar componentes de filtro RFI a la E / S? He oído decir que la resistencia en serie a veces protege contra la ESD, ya que crea un filtro de paso bajo con la capacitancia del pin de E / S, pero realmente no puedo permitirme ninguna resistencia adicional en la serie. También me gustaría evitar que se aplique una entrada de 5 V mientras el dispositivo está apagado, por lo que parece que, como mínimo, necesitaré diodos a Vcc. Pero el dispositivo solo consume unos pocos mA por lo que probablemente podría sobrevivir al ser alimentado a través de los diodos internos. Pero podría haber un pico de corriente cuando se conecta por primera vez, mientras que el condensador de desacoplamiento se carga.