Hallo, ich habe mich immer gefragt, wie gefährdet die Ausgänge eines uC gegen ESD sind. Bei den Eingängen ist es mir klar, weil dort eine Ladung idealerweise nicht abfließen kann und sich dementsprechend eine hohe Spannung aufbaut. Wie sieht es aber nun bei Ausgängen aus, also wenn diese auf low oder high geschaltet sind? Habt ihr Erfahrungen, ob sie eine "normale" Bastler-läuft-über-Teppich-und-fasst-dann-den-Pin-an-Entladung aushalten?
Doch, doch. Hast Du mal ein Foto zu "Bastler läuft über Teppich"? Dann kann man mehr dazu sagen.
Jake schrieb: > "normale" > Bastler-läuft-über-Teppich-und-fasst-dann-den-Pin-an nur ein "unnormaler" Bastler-läuft-über-Teppich-und-fasst-dann-den-Pin-an
Man muss mit allem rechnen. Wenn Bösartigkeit als Erklärung nicht in Frage kommt, reicht schon Unvermögen.
Jake schrieb: > ich habe mich immer gefragt, wie gefährdet die Ausgänge eines uC gegen > ESD sind. Bei den Eingängen ist es mir klar, weil dort eine Ladung > idealerweise nicht abfließen kann und sich dementsprechend eine hohe > Spannung aufbaut. bei den meisten µC sind die Pins ein und Ausgang gleichzeitig. Und zum Schutz haben sie Schutzdioden die zu hohe Spannungen ableiten. Also so empfindlich sind sie auch nicht.
Max M. schrieb: > nur ein "unnormaler" > Bastler-läuft-über-Teppich-und-fasst-dann-den-Pin-an Sicher. Normale Bastler springen drüber. Erfahrene Bastler nehmen den uC überall mit. Und Experten levitieren einfach.
Man muss nicht erst über einen Teppich laufen ... Als ich damals einen PC zusammenbaute erdete ich mich immer bevor ich Komponenten anfasste. Als ich einmal nur aufstand und die verstaubte Windows DVD aus dem Regal oben in die Hand nahm überkam mich das Bedürfnis mich vorsichtshalber noch einmal abzuerden an dem Erdkontakt der Steckdose. So einen Schlag hatte ich schon lange nicht mehr bekommen :-)
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Peter II schrieb: > bei den meisten µC sind die Pins ein und Ausgang gleichzeitig. Bei aktiviertem Ausgang kann die Ladung vom Gate des Eingangs-Transistors aber gleich abfließen, und muss sich nicht erst einen Weg durch die Gate/Kanal-Isolierung bahnen. > Und zum Schutz haben sie Schutzdioden die zu hohe Spannungen ableiten. Die gehen auch nur zu Vcc und GND, und sind meist für geringere Ströme spezifiziert als die Ausgänge. Auf jedem Fall sollte ein aktiver Ausgang parallel zu den Schutzdioden den Pin insgesamt robuster machen.
Sie sind empfindlich. Die eingebauten Schutzmaßnahmen sind nur bedingt wirkungsvoll. Auch wenn das Bauteil nicht sofort ausfällt, kann es das später noch (Latente Schädigung). Alle Halbleiter sind mehr oder weniger ESD empfindlich. Es ist also egal, ob Eingang oder Ausgang. Wenn Du sicher sein möchtest, arbeitest Du immer mit ESD-Matte und Handgelenkband und legst Deine Schaltung so aus, dass nur Bauteile getroffen werden, die diese Energie aufnehmen (Kondensatoren) oder in Wärme umwandeln können (Widerstände, Varistoren, Suppressordioden). Gruß Jobst
Wenn durch ein ESD-Event die max. Ratings überschritten werden, gibt es Probleme. So einfach ist das im Prinzip. Welche Ströme ein Pin bzw. dessen Schutzstruktur verkraftet, findet sich meist in den hinteren Kapiteln der Datenblätter, oder in eigenständigen Designdokumenten. Unter NDA sollten auch noch weitere Informationen erhältlich sein. Wenn du versuchst dir einen Überblick über die Thematik zu verschaffen, mach dich zuerst einmal über ESD und EMV Normen für System und Chiplevel schlau. Human Body Model (HBM), Machine Model (MM), Charged Device Model (CDM), and IEC 61000-4-2, IEC61132, Transmission Line Pulse (TLP) Testing,... sind interessante Schlagworte. Eine nette Einführung und Links findet man z.B. bei Langer EMV, aber auch die Atmel AppNotes AVR042 und AVR040 sind eine nette Einstiegslektüre. und ja, ein IC im Steckbrett lebt durchaus nicht ungefährlich...
Und kriege ich eigentlich irgendwie raus, von welchem Pin die Misere ausging? Also habe ich mit z.B. einem Diodentest per Multimeter eine Chance, einen ESD-Schaden an einem Pin zu diagnostizieren?
H-G S. schrieb: > So einen Schlag hatte ich schon lange nicht mehr bekommen :-) Sicher, dass es der Erdkontakt gewesen ist? =)
Jake schrieb: > Und kriege ich eigentlich irgendwie raus, von welchem Pin die Misere > ausging? Also habe ich mit z.B. einem Diodentest per Multimeter eine > Chance, einen ESD-Schaden an einem Pin zu diagnostizieren? Wenn Du einen handfesten Schaden an einem Bauteil hast, kannst Du den feststellen. Solange es sich um einen latenten Schaden handelt, nicht. Gruß Jobst
Jake schrieb: > Und kriege ich eigentlich irgendwie raus, von welchem Pin die Misere > ausging? Manchmal nur durch Erinnerung. Bei CMOS-Schaltungen gibt es die Erscheinung des Latch-Up. Dabei wird, unter Mitwirkung der Schutzdioden, durch ESD ein parasitärer Thyristor gezündet, der die positiven und negativen Versorgungsanschlüsse miteinander kurzschliesst. Wenn die Versorgung ausreichend leistungsfähig ist, verglüht dann meist der Chip, oder die Bonddrähtchen brennen durch. Der Pin, der das Desaster ausgelöst hat, kann dabei prinzipiell unbeschädigt bleiben. Mit ein bischen Pech reicht dafür eine Meßstrippe, die etwas aufgeladen ist, weil die andere Leitung des Meßgeräts noch nicht mit Masse bzw. GND verbunden ist(!). Ob der Latch-Up durch ein ESD-Ereignis an einem Eingang oder einem Ausgang ausgelöst wird ist unerheblich. Nach meiner persönlichen Einschätzung trifft es sogar öfter einen Ausgang.
Ohje, da müssten doch die Gewährleistungsfälle von Arduino gigantisch zahlreich sein!? Kennt jemand Zahlen?
Ich würde gerne wissen wie viele PC-Selbstbauer ihre Komponenten zerschossen haben :-) Vielleicht haben die dem Arduino ein paar Abblock-Kondensatoren und Spulen verpasst an den Ports.
Jake schrieb: > da müssten doch die Gewährleistungsfälle von Arduino gigantisch > zahlreich sein!? Aus welchem Grund? Weil der Kunde es kaputt gemacht hat? Wohl kaum ... Gruß Jobst
Ja, natürlich. Wenn die Chips so empfindlich sind, dürfte die Rate bei 10% liegen, wenn nicht noch höher. Aber natürlich haben die das eingepreist.
Jake schrieb: > Ja, natürlich. Wenn die Chips so empfindlich sind, dürfte die Rate bei > 10% liegen, wenn nicht noch höher. Und? Ist die Fehlbehandlung durch den Kunden das Problem der Arduino-Hersteller? Nein. Gruß Jobst
Meinst du nicht, dass die Diagnose jeder einzelnen defekten Platine (innerhalb der gesetzlichen Gewährleistung vor Umkehr der Beweislast) teuer wäre, als die Produktion einer Ersatzplatine?
Na, dann schau doch einfach, was passiert ... Gruß Jobst
Erst geht es um einen einzigen µC, mit dem ein Bastler über den Teppich läuft. (Oder etwa ein fliegender Teppich?) Dann um einen AVR und zuletzt um einen Arduino. Wer seine Schaltungen so baut, daß Ein- oder Ausgänge eines µC direkt nach außen geführt sind, dem sollen die Teile meinetwegen sterben wie die Fliegen: das macht man einfach nicht!
Der Arduino war ein Beispiel, als bekanntestes Produkt, wo es genau so gemacht ist, wie von dir bemängelt (direkt nach außen geführt). Mich interessiert es einfach, wie empfindlich die Teile wirklich sind (als Einzelner hätten meine Stichproben wenig Aussagekraft: Deswegen frage ich die Masse). Warum hier manche auf Schutzdioden bestehen, warum es dann aber hier dann kommerziell anders gemacht wird und wie der Hersteller dann trotzdem keine Probleme zu haben scheint. Ist euch diese Frage noch nie gekommen?
Jake schrieb: > Der Arduino war ein Beispiel, als bekanntestes Produkt, wo es genau so > gemacht ist, wie von dir bemängelt (direkt nach außen geführt). Ein Arduino ist kein µC; es gibt mehr als einen Arduino; es gibt bekanntere Produkte als den Arduino; beim Arduino ist nichts nach außen geführt, er ist ein nacktes Board. Wie bei allen Dingen des Lebens obliegt es dem Anwender, etwas Brauchbares daraus zu machen. Allgemeine Fragen lösen kein konkretes Problem - auch, wenn es immer wieder probiert wird ;-)
Der Arduino kostet bestimmt sehr wenig als Massenprodukt - die haben bestimmt nicht viele Unkosten wenn sie mal einen ersetzen müssen.
Jake schrieb: > Hallo, > > ich habe mich immer gefragt, wie gefährdet die Ausgänge eines uC gegen > ESD sind. Bei den Eingängen ist es mir klar, weil dort eine Ladung > idealerweise nicht abfließen kann und sich dementsprechend eine hohe > Spannung aufbaut. > Wie sieht es aber nun bei Ausgängen aus, also wenn diese auf low oder > high geschaltet sind? Habt ihr Erfahrungen, ob sie eine "normale" > Bastler-läuft-über-Teppich-und-fasst-dann-den-Pin-an-Entladung > aushalten? Eingänge haben Schutzdioden, die hohe Spannung ist also keine Problem, aber die Schutzdioden haben oft ein Stromlimit, z.B. 40mA (Atmel). Wenn du mit 2kV in Form eines geladenen 40pF Kondensators auf einen Eingang kommst, steigt die Spannung also schnell bis VCC+0.7V und dann fliesst Strom (der die Ladung entlädt), und wenn der 40mA übersteigt, darf der Eingahng kaputt gehen. Kurze Zeit nach RESET sind alle Ausgänge noch Eingänge ! Ist der Pin als Ausgang konfiguriert, ist er über einen MOSFET von ca. 25 Ohm mit VCC oder GND verbunden. Ab 28mA wird also die Spannung so weit steigen, daß auch hier die "Eingangs"-schutzdiode leitet, und ab 68mA wird sie überlastet. Der Ausgang ist also nicht so viel robuster als ein Eingang. Aber beide sind erheblich robuster als Gates ohne jeden Schutz (BS170).
>> [über Teppich laufen] Marc V. schrieb: > Und Experten levitieren einfach. Das verhindert keine statische Ladung. Nur wenn er gleichzeitig auch angebunden ist damt er nicht versehentlich aus dem Fenster schwebt beim Levitieren.
Jake schrieb: > Mich > interessiert es einfach, wie empfindlich die Teile wirklich sind Das steht im Einzelfall in den Datenblättern. Dabei geht es aber in den allermeisten Fällen nur um die Handhabung, damit also das IC das Anfassen (HBM) oder das Einlegen in den Bestückungsautomaten (CDM) überlebt. Dafür sind ganz bestimmte Versuchsbedingungen hinsichtlich Spannung, Kapazität und Übergangswiderstände festgelegt. Die Beständigkeit gegen Mißhandlungen durch den Kunden, und wenn das IC in Betrieb ist, wird nur selten, z.B. bei Schnittstellen-ICs (RS232, USB, ...) quantifiziert. Deshalb steht auch in den meisten Betriebsanleitungen, dass man das Gerät ausschalten soll, bevor man irgendwelche anderen Geräte anschliesst. https://de.wikipedia.org/wiki/ESD-Simulationsmodelle
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