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ESD-Event Detector - Einleitung


ESD-Entladungen detektieren

Beim "ESD-Event Detector" handelt es sich um eine Elektronik mit der sich ESD-Entladungen detektieren lassen. Bei jeder Entladung, sei es ein Gewitterblitz, der Abreißfunke eines Lichtschalters oder eine ESD-Entladung, wird jedes mal eine Radiowelle im Bereich von etwa 300 kHz ausgesendet. Dies ist übrigens der Grund, warum das Radiosignal im Mittelwellenbereich (AM) bei einem Gewitter gestört wird. Das Aus- und Anschalten eines Lichtschalters lässt es in der Stereoanlage knacksen. Auch wenn die ESD-Entladung im Verhältnis zu einem Gewitterblitz sehr schwach ist, kann dieses Phänomen der Radiowelle genutzt werden um solche Entladungen zu detektieren.

ESD-Entladungen sind in der Elektronik unerwünscht, denn solch ein Funkenschlag kann ein Bauelement zerstören. Deswegen werden Mitarbeiter in der Elektronikindustrie mit einem Handgelenkband geerdet. Die Kleidung und die Umgebung müssen elektrisch ableitend sein. Elektrisch ableitend bedeutet, dass sich eine Aufladung kontrolliert abbauen kann. Empfohlene Ableitwiderstände liegen im Bereich von 750 kOhm bis etwa 10 GOhm. Somit kann sich eine Aufladung nicht statisch halten, bzw. nicht schlagartig entladen. Ich habe diesen "ESD-Event Detector" gebaut, um in meinen Schulungen als ESD-Beauftragter zu zeigen, dass Metalle keine ESD geeigneten Materialien sind, denn ihr Ableitwiderstand ist geringer als 750 kOhm. Metall auf Metall begünstigt eine schlagartige Entladung. Baugruppen oder Bauelemente sollten nie auf Metall abgelegt werden. Auch Werkzeuge aus Metall (z. B. Pinzette) begünstigen eine schlagartige Entladung.


ESD Event Detector zum Detektieren von ESD-Entladungen
(auf das Bild klicken um es zu vergrößern)

Die Elektronik bietet folgende Features:

  • Prozessor ATNINY45-20, getaktet mit 8 MHz, über Standard ISP-Steckverbinder programmierbar
  • 9 helle RGB-LEDs zur optischen Anzeige eines Events
Hier ein kleines Video als Vorschau, welches die Funktion der Schaltung demonstriert:

Flash Video "ESD-Event Detector"

ESD-Event Detector - Funktion & Schaltplan


Beschreibung

Die Elektronik ist recht einfach aufgebaut. L200 und C200 bilden den Schwingkreis, der auf 300 kHz abgestimmt ist. ANT1 ist der Punkt an dem die Antenne angeschlossen wird. Ich habe hierfür die originale Mittelwellenantenne von meinem Receiver genommen. Das Kabel der Antenne ist ca. 1 Meter lang. C202 koppelt das empfangende Signal auf den Verstärker ein. Das IC N200 hatte ich, ehrlich gesagt, rumliegen und ist eigentlich ein Audio-Verstärker. Dieses IC verstärkt die 300 kHz Schwingung. R201 und R202 bestimmten den Verstärkungsfaktor. V200 und C203 bilden einen Peak-Detector. Auf diese Weise wird das relativ kurz andauernde ESD-Ereignis als Gleichspannung gehalten, die wiederum mit dem ATTINY gelesen werden kann. Als Anzeige-LED kommt die WS2812B zum Einsatz. Diese LED ist eine sehr helle RGB-LED, die seriell programmiert wird. Auf diese Weise lässt sich ein ESD-Ereignis effektvoll anzeigen. Betrieben wird die Schaltung mit einer Spannung ab 7,5 Volt DC. Der Spannungsregler V300 regelt die Betriebsspannung auf 5 Volt herab. Damit die Schaltung richtig funktioniert, muss die Masse auf Erde liegen.


ESD-Event Detector Schaltplan
(auf das Bild klicken um es zu vergrößern)

Schaltplan

Download Schaltplan als PDF-Datei.
ESD-Event_Detector_Schematic.pdf

ESD-Event Detector - Hardware


Layout

Die Leiterplatte besteht aus einen zweiseitigem Layout. Die Elektronik ist beidseitig bestückt. Das Layout wurde mit dem Programm Eagle erstellt. Viele Leiterplattenhersteller unterstützen das Board-Format, welches von der Eagle-Software erzeugt wird. Das Board-File (.brd) kann ohne weitere Anpassungen für eine Leiterplattenfertigung verwendet werden.


ESD-Event Detector Eagle-Layout

Eagle Board-File

Download Eagle Board-File (.brd) für die Fertigung einer ESD-Event Detector Leiterplatte.
ACHTUNG: Das Fertigen von Leiterplatten in geringen Stückzahlen kostet entsprechend Geld.
Ich übernehme keine Gewähr für die Richtigkeit und Funktion der angegebenen Fertigungsdaten!
ESD-Event_Detector.brd

Bestückungspläne

Download der Bestückungspläne als PDF-Datei:
ESD-Event_Detector_Component_Placement_T.pdf (Vorderseite)
ESD-Event_Detector_Component_Placement_B.pdf (Rückseite)

Materialliste

Diese Materialliste ist ein Vorschlag. Für einige Bauteile können Alternativen eingesetzt werden.

Bauteil                     Menge   Bezeichnung                  Distributor   Artikel-Nr.
ANT1                         1x     Antennenleitung              
C1-C9,C201,C203,C300,C301   13x     100nF / 1206                 segor.de      u10-1206-X7R/100V
C200                         1x     270pF / 1206                 segor.de      n27-1206-NPO
C202                         1x     10nF / 1206                  segor.de      10n-1206-X7R
C302                         1x     22µF / SMC_B                 segor.de      TA22u-16B SMD
D100                         1x     ATTINY45-20                  segor.de      ATtiny 45-20PU
L200                         1x     1mH
LED1-LED9                    9x     WS2812B                      ebay.de       WS2812B
N200                         1x     TDA7052B                     segor.de      TDA 7052 B
R100,R203                    2x     10K / 1206                   segor.de      10k-1206-1%
R200                         1x     1M / 1206                    segor.de      1M0-1206-1%
R201                         1x     56K / 1206                   segor.de      56k-1206-1%
R202                         1x     22K / 1206                   segor.de      22k-1206-1%
V200                         1x     LL103 DIODE-MINIMELF         segor.de      LL 103 B
V300                         1x     7805T / TO220H               segor.de      7805
X100                         1x     ISP Stiftleiste 2x3-polig    segor.de      SL2x 3-180G
X300                         1x     DC-Buchse MJ-179PH           hbe-shop.de   1737246
		

ESD-Event Detector - Firmware


ATTINY programmieren

Der ATTINY muss mit einer Firmware bespielt werden. Zum Programmieren der Firmware wird ein In System AVR-ISP-Programmer benötigt. Des weiteren müssen die Fuses gesetzt werden. Bei den Fuses handelt es sich um grundsätzliche Einstellungen der CPU. Es wird unter anderen festgelegt, mit welcher Taktfrequenz die CPU arbeiten soll. Gegenüber den Grundeinstellungen wird der Teiler durch 8 abgewählt, damit die CPU mit 8 Mhz arbeitet. Zum Programmieren des Flashs reicht es aus die main.hex auszuwählen und dann ins Flash zu schreiben.

Firmware

Download der Firmware inklusive Source- Code.
ESD-Event_Detector_Firmware.zip