裸露的电路接地引脚上的ESD冲击

我为电池供电的设备设计了一种电路，该电路的USB连接器外露，可以充电和传输数据。这是一个非标准，可对接的USB连接器，没有可用的屏蔽连接，整个电路都装在一个塑料外壳中，没有底盘/没有保护性接地，如下图所示：

对于ESD保护，我几乎遵循此处提供的确切设计建议：http : //www.semtech.com/images/promo/Protecting_USB_Ports_from_ESD_Damage.pdf

当Vbus，D +或D-被正或负ESD脉冲击中时，我可以看到电流路径，即，转向二极管正向传导负脉冲或转移至中央TVS以获得正脉冲，如果我的理解关闭，请纠正。

但是，我不确定如果裸露的GND引脚本身受到击穿会怎样。

问题：

1. GND引脚上的负ESD冲击是否与Vbus上的正脉冲具有相同的效果，即中央雪崩TVS击穿导致钳位？

2. 如果在GND上产生正ESD冲击，则转向二极管和/或中央TVS会向前传导，并将全部能量（如果有的话，减去1个二极管Vf的压降）传递给电路的其余部分，从而破坏严重性！我试图描述以下情况：

（图片经以上链接修改）

我正在考虑的解决方案：

1. 断开Vbus与中央TVS的连接，并在Vbus与GND之间引入一个独立的双向TVS，并为其余电路提供后续的反向电压保护（以承受双向TVS的-Vclamp）。它仍然可能无法阻止转向二极管导通，另外在其他裸露的IO引脚上还有其他单向TVS二极管与GND并联，这也可能会导通。

2. 在裸露的USB GND和电路GND之间引入一个铁氧体磁珠，以防止它提供任何微弱的阻抗！

任何建议/见解都欢迎，谢谢！

PS：

• 由于电路可以从Vbus汲取功率，因此不能在Vbus-GND回路中添加串联电阻

• 根据IEC 61000-4-2级别4（8 / 15kV接触/空气放电）进行计划的测试。在测试过程中，如果不连接USB电缆，设备将依靠电池供电，因此可以轻松访问所有引脚以防ESD冲击。

首先想到的是，ESD测试应该在正常操作期间通常可以访问的点上进行。由于您尚未描述自己要构建的内容，因此在您的问题中，它弥补了模糊的答案。您的问题中也没有描述该测试，最重要的是ESD喷枪的连接点。在人体模型相对于大地。

当您说正面打击时，您是说对地面是正面的吗？关于什么积极？电流将以最低的阻抗路径返回电源。您必须将ESD喷枪的负极或接地端连接到某物。通常，它连接到大地或机箱接地。电流必须流回源极，因此，如果您在ESD喷枪接地的情况下击打电路板，则它具有一些可以收回的“潜在”路径。有USB防护罩，USB接地，D +和D-导线，Vbus和空气。空气就像一个10 ^ 6至10 ^ 9的电阻，电容值只有几pF。D +和D-导线的电阻至少为Rt加上电缆驱动端上的电阻。Vbus上可能装有稳压器，因此它比Rt少。

所以答案是，它会将大地带回到源头（如果将esd枪连接到地面，并且所有路径都会在某种程度上看到它，那么地面将消耗大部分电流）

回到设计：在USB周围屏蔽的全部原因是为了使噪声和ESD从V +和V-电缆旁边的接地线分流出来。由于互感耦合，您可能会得到一些瞬态信号，这些瞬态信号会跨越数据线，并且至少会产生噪声，从而使发送的数据包失效。

最好的办法是使用屏蔽将噪声和ESD分流至数据线和USB接地。其次（建议不要）是将ESD沿USB电缆的接地线分流。

如果人为处理PCB，请尝试设计PCB，以便接地是ESD事件首先看到的东西。理想的情况是将一个金属外壳将您的设备封闭在USB防护罩上。如果您不能将外壳连接到屏蔽层（不推荐），则将其接地。如果您没有外壳，请尝试使用保护环和良好的接地平面。

对于电池供电的设备，由于未接地，最终会发现它为“ 不放电”。考虑ESD的通过方案。除非技术人员在每次击打后帮助您放电至地面。

为了使ESD更快地中和，请在Vbus和Gnd之间加一个10uF的电容。离USB连接器最近。当击穿+ 8kV至Gnd时，电容会放电一点以吸收一些ESD能量。我不希望找到来自地面的放电行程，到达某个组件的接地引脚，然后退出该组件的电源引脚。

陶瓷基TVS即将问世，它们的反应时间比常规二极管基TVS快得多。