设备控制器的接地保护与悬空对电路的影响

ESD的意思是静电释放。静电是一种客观存在的自然现象，产生的方式多种，如接触、摩擦、电器间感应等。静电的特点是长时间积聚、高电压、低电量、小电流和作用时间短的特点。人体自身的动作或与其他物体的接触，分离，摩擦或感应等因素，可以产生几千伏甚至上万伏的静电。带隔离通信接口的设备，在不同的使用、安装状态下，接口会表现出完全不同的ESD特性，了解设备在不同的使用状态下，ESD对接口的影响的机理，才能有针对性地增加保护器件，提升隔离接口的ESD能力。

当出现这些情况时：

1. 产品开发测试过程中;
2. 单个产品进行ESD测试时;
3.设备组网时，控制侧已接入保护地，正在进行总线接入或断开操作时;
4. 设备组网后，总线侧未进行接地处理的。设备控制侧有接保护地，总线侧悬空。

假设控制侧均做了足够的保护措施，当控制侧接口受到静电放电时，能量通过控制侧保护器泄放至PE，对隔离通信接口基本无影响。当总线接口受到静电放电时，由于总线侧悬空，能量只能通过隔离栅的等效电容Ciso进行泄放，由于Ciso非常小，仅有几皮法至十几皮法，Ciso被迅速充电，两端电压Viso会非常高，几乎等同于放电电压。电压全部施加在隔离接口模块的隔离栅，若电压超出了隔离栅的电压承受范围，则会导致内部隔离栅损坏。

对于一般的隔离接口模块，隔离栅可承受的静电放电电压只有4kV，对于更高等级的6kV或8kV的静电来说是非常脆弱的，极易出现损坏情况。为了减轻隔离栅的压力，可以在隔离栅两边增加一个电容Cp， 为静电能量提供一个低阻抗的路径。总线侧的静电能量大部分通过此电容泄放至PE，并可以有效降低隔离栅两侧电压，从而起到保护隔离接口模块的作用。为了达到良好效果，Cp容值应远大于Ciso，建议取100pF~1000pF之间。若无安规要求，可与Cp并联一个大阻值泄放电阻，如1M，以防静电积累;若有安规要求，一般需要去除泄放电阻，同时选择安规电容。器件选择时，注意阻容耐压需要满足设备指标要求。

当产品开发测试过程中，单个产品进行ESD测试时;还有设备组网时，总线侧先接地，控制侧未接地时;另外设备组网后，控制侧未进行接地处理的。出现这些状况时，设备控制侧参考地悬空，与PE无任何连接，总线侧有接入保护地(PE)。当控制侧接口受到静电放电时，由于控制侧悬空，能量只能通过隔离栅的等效电容Ciso进行泄放，由于Ciso非常小，两端电压Viso会非常高。电压全部施加在隔离接口模块的隔离栅，若电压超出了隔离栅的电压承受范围，则会导致内部隔离栅损坏。

当总线侧接口受到静电放电时，静电能量通过隔离接口模块内部总线侧器件泄放至PE。若ESD能量超出了接口模块内部总线侧器件的ESD抗扰能力，总线接口则可能损坏。在隔离栅并联增加一个电容Cp，可以为来自控制侧的静电能量提供一个低阻抗的路径。控制侧的静电能量大部分通过此电容泄放至PE，从而起到保护隔离接口模块的作用。若无安规要求，可与Cp并联一个大阻值泄放电阻，如1M，以防静电积累。

对于总线侧的静电，可以在总线侧增加高等级ESD防护器件(如TVS管)，静电能量会通过防护器件泄放至PE，由此来提高总线侧的静电能力。TVS选型时需注意，其导通电压必须小于隔离接口可承受的最大电压，同时大于信号电压;在通信速率高、或节点数较多时，也需要注意尽量选取等效电容小的器件，以免影响总线正常通信。