ESD Impuls setzt Flip-Flop zurück

[Dirk F. (dirkf)]

Hallo,
in meiner Schaltung ist ein Flip-Flop enthalten,
welches bei einem erkannten Kurzschluss über ein Low Signal am Pin 1 
zurückgesetzt wird. Signal am Pin 1 kommt von einem Optokoppler mit CMOS 
Ausgang.

Die MCU erkennt den Zustand (Pin 6) und kann das FLip-Flop ggf. wieder 
einschalten (Pin 4). Funktion soweit OK.

Ich habe mir für Vorversuche zur EMV Prüfung selber eine ESD Pistole 
gebaut.
Piezo Element aus einem Feuerzeug ausgebaut.

Wenn ich jetzt ein Metall Teil des Gehäuses damit beschieße, dann wird 
das Flip-Flop sporadisch in den Zustand Aus gesetzt.

Könnte man das verhindern, indem man am Pin 1 einen kleinen Kerko z.B. 
1nF  gegen Masse schaltet ?

[Frank O. (frank_o)]

Dirk F. schrieb:
> Könnte man das verhindern, indem man am Pin 1 einen kleinen Kerko z.B.
> 1nF  gegen Masse schaltet ?

Probiere es doch einfach aus!

[Dirk F. (dirkf)]

Frank O. schrieb:
> Probiere es doch einfach aus!

Ja mache ich. Wollte nur erst mal eure Meinung oder andere Vorschläge 
haben.

[Peter D. (peda)]

Ich würde den FF rausschmeißen und den Kurzschluß per Interruptpin 
auswerten. Dann kann der µC prüfen, ob es nur ein ESD-Puls war oder eine 
echte Überlast.

[Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)]

GND an Clock 1 bedeudet doch "no change"

[Dirk F. (dirkf)]

Bradward B. schrieb:
> GND an Clock 1 bedeudet doch "no change"

Also das Flip-Flop funktioniert.

[Frank O. (frank_o)]

Dirk, mal ehrlich! Was sollen wir dazu sagen? kein Bild vom 
Aufbau/Gehäuse, kein vollständiger Schaltplan ...
Deine Idee hört sich erstmal nicht so schlecht an. Was soll beim Versuch 
mit einer Kapazität passieren?
Mach es einfach!

[Dirk F. (dirkf)]

Peter D. schrieb:
> Dann kann der µC prüfen, ob es nur ein ESD-Puls war oder eine
> echte Überlast.

Viel zu langsam.
Beim Kurzschluss musss rattenschnell abgeschaltet werden, um die IGBTs 
zu schützen.

[Gustl B. (gustl_b)]

Und was macht ein Kondensator? Richtig, das Abschalten verzögern.

[Frank O. (frank_o)]

Dirk F. schrieb:
> Viel zu langsam.

Du kommst hier immer häppchenweise mit Informationen raus, wie in deinem 
anderen Beitrag.

Kennst du das mit dem Bauingenieur?
Der läuft mit einem Arbeiter über ein größeres Feld und bittet den 
Arbeiter mehrfach ein großes Loch zu graben. Am Ende des Tages sagt er 
dann: "Ich verstehe es nicht, ich verstehe es nicht!"
Der Arbeiter fragt: "Was suchen Sie denn?"
Ingenieur: "Hier muss irgendwo eine Gasleitung liegen!"
Arbeiter: "Ach so, die hatte ich schon im ersten Loch, mit der Schüppe 
gespürt!"

[Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)]

> in meiner Schaltung ist ein Flip-Flop enthalten,
> welches bei einem erkannten Kurzschluss über ein Low Signal am Pin 1
> zurückgesetzt wird. Signal am Pin 1 kommt von einem Optokoppler mit CMOS
> Ausgang.
>
> Ich habe mir für Vorversuche zur EMV Prüfung selber eine ESD Pistole
> gebaut.
> Piezo Element aus einem Feuerzeug ausgebaut.

Also ein ESD-Problem hätte man, wenn da was zerstört wird, wird aber 
offensichtlich nicht bei Dir. Also ist es eher ein 
Software/Architektur-Problem.

Und es wäre auch zu klären, wie nah dein Szenario am tatsächlichen 
ESD-Test ist. Bei der ESD-Prüfung (bspw. fürs CE-Kennzeichen) wird nicht 
mit xx kV gefunkt und gezündelt sondern mit definierten Blitzen bis zu 
einem bestimmten Grenzwert am originalen (Geerdeten) Gehäuse.

Um "Überschlage, Einstrahlungen" zu vermeiden, setzt man üblicherweise 
auf Schirmung. Also vergrab Die Interruptleitung tief ins Gehäuse, nimm 
eventuell geschirmte (Coax-)Kabel und für PCB's dürfen es gerne 
GND-Polygone drüber und drünter sein.

> Dann kann der µC prüfen, ob es nur ein ESD-Puls war oder eine
> echte Überlast.

Eben. Ich nehme an, das zu detektierende Event "Kurzschluß" ist von 
gewisser Dauer? Dann könnte man den IRQ-Req beim ersten Auftreten sofort 
zurücksetzen und dann die Zeit bis zum zweiten Auftreten messen, also 
eine Variante der Glitch-Filterung implementieren.

> Beim Kurzschluss musss rattenschnell abgeschaltet werden, um die IGBTs
> zu schützen.

Wie schnell ist die Ratte konkret ? Und warum ist da soviel 
Logik-verzögerung zwischendrin (Optokoppler, FF und da sieht man noch 
ein Stück das ein Schmitt-Trigger sein könnte) wenn es so wahnsinnig 
schnell sein muß ?

[Manfred P. (pruckelfred)]

Bradward B. schrieb:
> Also ein ESD-Problem hätte man, wenn da was zerstört wird, wird aber
> offensichtlich nicht bei Dir. Also ist es eher ein
> Software/Architektur-Problem.

Nein, es hängt vom Produkt ab. Natürlich ist Zerstörung ein K.O., aber 
auch eine Fehlfunktion kann inakzeptabel sein.

Ein Absturz vom Fernseh-SAT-Receiver ist ärgerlich, aber hat keine 
Folgen. Führt hingegen eine Maschine wegen ESD eine falsche Funktion aus 
...

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Dirk F. schrieb:
> Signal am Pin 1 kommt von einem Optokoppler mit CMOS Ausgang.
Wenn das auf EMV-Störungen zu empfindlich ist, dann ist diese 
Signaleitung zu hochohmig. Mein EMV-Spezi sagt: alles über 2k ist für 
die EMV (z.B. Burst) nicht vorhanden. Mag sein, dass er übertreibt, aber 
Pullwiderstände um 10k wären dann zu hochohmig.

Manfred P. schrieb:
> Führt hingegen eine Maschine wegen ESD eine falsche Funktion aus ...
Sie darf nur keine gefährliche Funktion ausführen (Schaden für Menschen 
bis hin zum Tod). Dafür gibt es dann zum Glück die Maschinenrichtlinie. 
Der ist es im Grunde völlig egal, ob im Fehlerfall die Steuerung 
abraucht, solange niemand zu Schaden kommt.

[Jens G. (jensig)]

Bradward B. schrieb:
> GND an Clock 1 bedeudet doch "no change"

Und die anderen Eingänge sind dir wohl völlig egal?

[Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)]

> Nein, es hängt vom Produkt ab. Natürlich ist Zerstörung ein K.O., aber
> auch eine Fehlfunktion kann inakzeptabel sein.
>
> Ein Absturz vom Fernseh-SAT-Receiver ist ärgerlich, aber hat keine
> Folgen. Führt hingegen eine Maschine wegen ESD eine falsche Funktion aus
> ...

... muss die Schutzeinrichtung das abfangen
https://www.pilz.com/de-DE/support/law-standards-norms/iso-standards/choosing-guards

Wenn die (ortsfeste) Maschine bei der ESD-Prüfung abschaltet, aber 
wieder angeschaltet werden kann, ist das nach meiner ESD-Prüferfahrung 
(meist) OK.
OK, Medizintechnik ist sicherlich ein Sonderfall, aber da muss man schon 
die Architektur darauf abklopfen das keine Risiken auftreten, resp. muss 
sich Massnahmen einfallen lassen um diese abzuschwächen.


Aber natürlich ist die ESD-Prüfvorschrift nicht der einzige 
Sicherheitsstandard der erfüllt werden muß. Schon die Auswahl, welche 
Standards hier Anwendung finden, ist nicht gerade trivial.

[Christoph Z. (rayelec)]

Bei einer ESD-Entladung ist oft nicht mal die vermeintlich heisse 
Leitung betroffen, sondern es reisst den GND (auch eine Plane!) im 
Verhältnis zur betroffenen Leitung umher - Resultat ist dasselbe. Eine 
Kapazität federt das ab und verhindert bei richtiger Dimensionierung 
ungewünschtes Schaltverhalten.
10nF an Reset-Eingängen gehört bei uns in der Firma fast zur Pflicht und 
verhindert jede Menge Ärger!

[Gerd E. (robberknight)]

Bradward B. schrieb:
>> Ein Absturz vom Fernseh-SAT-Receiver ist ärgerlich, aber hat keine
>> Folgen.

> Wenn die (ortsfeste) Maschine bei der ESD-Prüfung abschaltet, aber
> wieder angeschaltet werden kann, ist das nach meiner ESD-Prüferfahrung
> (meist) OK.

Abhängig von der Norm gegen die Dein Gerät geprüft wird gibt es für 
jeden einzelnen Test, also u.a. auch ESD, ein notwendiges 
Performance-Level was erreicht werden muss. Normal als A, B und C 
festgelegt. Wie die sich genau äußern und erkannt werden wird vor dem 
Test anhand des Geräts festgelegt.

A steht verkürzt dabei für volle Funktion ohne Einschränkungen während 
und nach dem Test

B für Einschränkungen während des Tests, nach Ende des Tests muss das 
Gerät aber selbständig und ohne Benutzereingriff wieder volle Funktion 
erreichen

C bedeutet der Nutzer kann z.B. durch Neustart die volle Funktion 
wiederherstellen.

Ich kenne es von der EN 55035 (IT & Multimediageräte) so dass für den 
ESD-Test B gefordert ist. Der Benutzer darf also nicht eingreifen, das 
muss nach dem Test sich alles von selbst wieder einrenken.

Kläre also welche Norm Du für Dein Gerät brauchst und was die fordert. 
Leider nicht immer ganz einfach da den Überblick zu bekommen wenn man 
das noch nie gemacht hat, hier empfehle ich sich durch ein EMV-Labor 
oder EMV-Berater Hilfe zu holen, sonst versenkt man da viel Zeit.

Was Vortests mit Feuerzeug-Piezo angeht ist meine Erfahrung dass die 
zwar mehr Energie, aber weniger steile Flanken als die Norm-Testpistolen 
haben und ungleichmäßigere Impulse abgeben. Du kannst also leichter was 
mit kaputt machen, aber die Hauptprobleme bei ESD kommen normal von den 
steilen Flanken. Du musst also sehr viel häufiger zappen und auf die 
Statistik hoffen um ein Problem zu erkennen oder nachzustellen.

[Andreas B. (godsson)]

Dirk F. schrieb:
> Kerko

Für die nicht gesalbten unter uns, mich eingeschlossen, was ist ein 
"Kerko"?

Die Antwort habe ich hier gefunden:

https://de.wikipedia.org/wiki/Keramikkondensator

Ein Keramikkondensator (im Fachjargon Kerko genannt) ist ein 
elektrischer Kondensator mit einem keramischen Dielektrikum.

Wusste ich nicht.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Christoph Z. schrieb:
> Bei einer ESD-Entladung ist oft nicht mal die vermeintlich heisse
> Leitung betroffen, sondern es reisst den GND (auch eine Plane!) im
> Verhältnis zur betroffenen Leitung umher
Im Idealfall schafft es der ESD-Impuls gar nicht in die Schaltung, 
sondern er wird am Platinenrand bzw. am Stecker "weggefiltert" bzw. 
seine Energie  "vernichtet".

[.● Des|ntegrator ●. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector)]

Bradward B. schrieb:
> Also ein ESD-Problem hätte man, wenn da was zerstört wird, wird aber
> offensichtlich nicht bei Dir. Also ist es eher ein
> Software/Architektur-Problem.

oha, wenn DAS so stimmen würde,
hätte man deutlich weniger Probleme in de Welt.

[Dirk F. (dirkf)]

Ich glaube das Problem meiner Schaltung ist, dass ich die Ground plane 
direkt mit PE verbunden habe.
Wenn ich jetzt auf den Kühlkörper schieße, der mit PE und somit auch mit 
GND verbunden ist, dann wird der GND Level kurzzeitig verändert.

[Dirk F. (dirkf)]

●Des|ntegrator ●. schrieb:
> Also ein ESD-Problem hätte man, wenn da was zerstört wird

Nach der EMV Norm DIN EN 61000-6-7  (Safety) ist es so, dass der 
Prüfling durch ESD sogar zerstört werden darf,  er muss aber im sicheren 
Zustand bleiben.

[Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)]

> Ich glaube das Problem meiner Schaltung ist, dass ich die Ground plane
> direkt mit PE verbunden habe.

Jeu das klingt nicht gut, welche elektrische leitenden Teile machen den 
bei dir die Schutzerde (PE-protective earth) aus ?

Oder meinst du einen PE-ring nahe der PCB-Kontur ?

Da hat sich Altium zum Thema "Erdung an Platine ausgelassen": 
https://resources.altium.com/de/p/pcb-grounding-techniques-for-plated-pcb-mounting-holes

[.● Des|ntegrator ●. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector)]

Dirk F. schrieb:
> ●Des|ntegrator ●. schrieb:
>> Also ein ESD-Problem hätte man, wenn da was zerstört wird
>
> Nach der EMV Norm DIN EN 61000-6-7  (Safety) ist es so, dass der
> Prüfling durch ESD sogar zerstört werden darf,  er muss aber im sicheren
> Zustand bleiben.

Bitte korrekt zitieren!

[Jonny O. (-geo-)]

Hi!,

kannst du den ganzen Schaltplan zeigen? Hast du die Versorgungsspannung 
des IC mit 100N abgestützt? Direkt am Versorgungspin?

[Dirk F. (dirkf)]

Jonny O. schrieb:
> kannst du den ganzen Schaltplan zeigen?

Leider nein.

> Hast du die Versorgungsspannung
> des IC mit 100N abgestützt? Direkt am Versorgungspin?
Ja. S. Anlage

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Dirk F. schrieb:
> Leider nein.
Wie sieht die Beschaltung am Optokoppler aus?

[Dirk F. (dirkf)]

Lothar M. schrieb:
> Wie sieht die Beschaltung am Optokoppler aus?

so.