Ochrona ESD wejścia ADC

Chcę chronić wejście ADC MCU (PIC18F67J60) (od 0 do 3,3 V) przed skokami ESD.

Widziałem różne podejścia i mam wątpliwości, jaka byłaby preferowana metoda. Lub możliwe tylko zalety i wady każdej metody.

Metody to:

• Dioda TVS z prawidłowym odwrotnym napięciem roboczym podłączona do masy.

• Dwie diody Schottky'ego: jedna między wejściem V + i adc, jedna między wejściem GND i adc.

Co wybrać

Jest kilka metod do zrobienia, a skuteczne podejście zwykle wymaga kilku z nich jednocześnie. Oni są:

1. Użyj iskiernika na samej płytce drukowanej. Zwykle wykonuje się to za pomocą dwóch płytek w kształcie rombu na płytce drukowanej oddzielonych o około 0,008 cala lub mniej. Tego nie można objąć maską Soldermask. Jeden pad jest podłączony do GND (lub jeszcze lepiej uziemienia obudowy), a drugi to sygnał, który chcesz chronić. Umieść to na złączu, z którego pochodzi. Ta iskiernik nie działa właściwie zbyt dobrze, ponieważ może jedynie zmniejszyć napięcie ESD do około 600 woltów - daj lub weź DUŻO z powodu wilgoci i brudu na płytce drukowanej. Celem nr 1 jest wyeliminowanie możliwości skoku iskry na inne urządzenia ochronne, takie jak diody i rezystory. Nie możesz sam korzystać z iskiernika i oczekiwać, że wszystko zadziała.
   
   
   Przykład iskiernika na płytce drukowanej.
   Źródło NXP AN10897 Przewodnik po projektowaniu dla ESD i EMC. obrót silnika. 02 (rys. 33 w środku).

2. Rezystor szeregowy między iskrą a wrażliwymi elementami. Rezystor powinien być możliwie jak największy, bez zakłócania sygnału. Czasami twój sygnał nie pozwala na żaden rezystor, a czasem możesz uciec z czymś tak dużym, jak 10 kiloomów. Koralik ferrytowy może również tutaj działać, ale opornik jest preferowany, jeśli to możliwe, ponieważ rezystor ma bardziej przewidywalną wydajność w szerszym zakresie częstotliwości. Celem tego rezystora jest zmniejszenie przepływu prądu z kolca, co może pomóc w ochronie diod lub innych urządzeń.

3. Diody ochronne (jedna łączy twój sygnał z GND, a druga z VCC). Miejmy nadzieję, że będą one przesuwać wszelkie kolce do płaszczyzny zasilania lub uziemienia. Umieść te diody między wrażliwymi komponentami a rezystorem szeregowym od # 2. Możesz użyć tutaj TVS, ale to nie jest tak dobre jak normalne diody.
4. Ograniczenie 3 nF między twoim sygnałem a GND (lub Chndr Gnd) może pomóc w znacznym pochłonięciu każdego skoku. Aby uzyskać najlepszą ochronę przed wyładowaniami elektrostatycznymi, umieść go między opornikiem szeregowym a układem. Aby uzyskać najlepsze filtrowanie EMI, umieść go między rezystorem a złączem. W zależności od sygnału może to nie działać dobrze. Ta nasadka i rezystor szeregowy utworzą filtr dolnoprzepustowy, który może negatywnie wpłynąć na jakość sygnału. Pamiętaj o tym przy projektowaniu obwodu.

Każda sytuacja będzie prawdopodobnie wymagać innej kombinacji tych 4 rzeczy.

Jeśli twoje wejście ADC jest dość wolne, wybrałbym iskiernik, rezystor 500 do 1k i być może czapkę. Jeśli masz miejsce na płytce drukowanej, diody również nie byłyby złe (ale nadal są nadmierne).

Pozwólcie mi przez chwilę rozwinąć iskiernik. Powiedzmy, że rezystor w pakiecie 0402 zapewniał Ci wszelką ochronę, a przychodzi impuls. Nawet jeśli ten rezystor ma 1 meg om, kolec może przeskoczyć przez ten mały rezystor (skutecznie omijając rezystor) i nadal zabić twój układ . Ponieważ szczelina w iskierniku jest mniejsza niż odległość między płytkami rezystora, iglica ESD częściej przeskakuje przez iskiernik niż rezystor. Oczywiście możesz po prostu użyć rezystora z większą odległością między elektrodami, co w niektórych przypadkach jest w porządku, ale wciąż masz tam energię, z którą musisz sobie poradzić. Za pomocą iskiernika rozpraszasz część tej energii ESD, nawet jeśli nie rozpraszasz jej na tyle, aby było łagodne. A co najważniejsze, są BEZPŁATNE!

Jednym z problemów związanych z diodą TVS jest to, że czasami mogą one wykazywać pewien upływ prądu, co może wpływać na odczyty ADC pobrane ze źródła o wysokiej impedancji. Diody na „prawdziwym” wejściu VDD nie mają tego problemu, ale mogą być niebezpieczne, ponieważ narażają wiele obwodów na przejściowe sygnały wejściowe. Podejściem, które pozwala uniknąć obu tych problemów, jest oddzielne „zasilanie”, które służy tylko do zaciskania, jak pokazano tutaj . Należy zauważyć, że pomimo impedancji wejściowej jednego megawitu prawie nie pojawia się napięcie na rezystorze megapikselowym. Zwróć ponadto uwagę, że nawet zrzut prądu wielkości potwora (kliknij przełącznik) spowoduje zasilenie mniej niż miliampera.