ESD-Schutz des ADC-Eingangs

Ich möchte einen MCU (PIC18F67J60) -ADC-Eingang (0 bis 3,3 V) vor ESD-Überspannungen schützen.

Ich habe verschiedene Ansätze gesehen und bezweifle, welche Methode ich bevorzugen würde. Oder mögliche Vor- und Nachteile jeder Methode.

Die Methoden sind:

• Eine TVS-Diode mit korrekter Sperrspannung ist an Masse angeschlossen.

• Zwei Schottky-Dioden: eine zwischen V + und ADC-Eingang, eine zwischen GND und ADC-Eingang.

Was zu wählen?

Es gibt verschiedene Methoden, und für einen erfolgreichen Ansatz sind in der Regel mehrere Methoden gleichzeitig erforderlich. Sie sind:

1. Verwenden Sie eine Funkenstrecke auf der Platine. Dies erfolgt normalerweise mit zwei rautenförmigen Kontaktstellen auf der Leiterplatte, die einen Abstand von höchstens etwa 0,008 Zoll haben. Dies kann nicht mit einer Lötmaske abgedeckt werden. Ein Pad ist an GND (oder besser an Masse) angeschlossen und das andere ist das Signal, das Sie schützen möchten. Stecken Sie dies in den Anschluss, von dem es kommt. Diese Funkenstrecke funktioniert eigentlich nicht sehr gut, da sie die ESD-Spannung möglicherweise nur auf etwa 600 Volt reduziert - aufgrund von Feuchtigkeit und Schmutz auf der Leiterplatte viel geben oder nehmen. Das Hauptziel ist es, die Möglichkeit zu beseitigen, dass ein Funke über die anderen Schutzeinrichtungen wie Dioden und Widerstände springt. Sie können eine Funkenstrecke nicht alleine nutzen und erwarten, dass die Dinge funktionieren.
   
   
   Ein Beispiel für eine PCB-Funkenstrecke.
   Source NXP AN10897 Eine Anleitung zum Entwerfen für ESD und EMV. rev. 02 (Abb.33 innen).

2. Ein Vorwiderstand zwischen dem Funken und Ihren empfindlichen Bauteilen. Dieser Widerstand sollte so groß wie möglich sein, ohne Ihr Signal zu stören. Manchmal lässt Ihr Signal keinen Widerstand zu, oder manchmal können Sie mit 10K Ohm davonkommen. Hier könnte auch eine Ferritperle funktionieren, ein Widerstand wird jedoch nach Möglichkeit bevorzugt, da ein Widerstand über einen breiteren Frequenzbereich ein besser vorhersagbares Verhalten aufweist. Der Zweck dieses Widerstands besteht darin, den Stromfluss von der Spitze zu verringern, was zum Schutz der Dioden oder anderer Geräte beitragen kann.

3. Schutzdioden (eine verbindet Ihr Signal mit GND und eine andere mit VCC). Diese leiten hoffentlich alle Spannungsspitzen entweder zur Strom- oder zur Masseebene. Legen Sie diese Dioden zwischen Ihre empfindlichen Komponenten und Ihren Vorwiderstand von # 2. Sie könnten hier einen Fernseher benutzen, aber das ist nicht so gut wie normale Dioden.
4. Eine 3-nF-Kappe zwischen Ihrem Signal und GND (oder Chassis Gnd) kann dazu beitragen, etwaige Spannungsspitzen weitgehend zu absorbieren. Für einen optimalen ESD-Schutz legen Sie ihn zwischen Ihren Vorwiderstand und den Chip. Für eine optimale EMI-Filterung legen Sie es zwischen den Widerstand und Ihren Anschluss. Abhängig von Ihrem Signal funktioniert dies möglicherweise nicht richtig. Diese Kappe und der Vorwiderstand bilden ein Tiefpassfilter, das die Signalqualität beeinträchtigen könnte. Denken Sie daran, wenn Sie Ihre Schaltung entwerfen.

Jede Situation erfordert wahrscheinlich eine andere Kombination dieser 4 Dinge.

Wenn Ihr ADC-Eingang ziemlich langsam ist, würde ich eine Funkenstrecke, einen Widerstand von 500 bis 1k und möglicherweise eine Kappe verwenden. Wenn Sie Platz auf der Platine haben, wären die Dioden auch nicht schlecht (aber immer noch übertrieben).

Lassen Sie mich kurz auf die Funkenstrecke eingehen. Angenommen, ein Widerstand in einem 0402-Gehäuse war der gesamte Schutz, den Sie hatten, und es kommt eine Spitze hinzu. Selbst wenn dieser Widerstand 1 Megaohm beträgt, könnte die Spitze über diesen kleinen Widerstand springen (den Widerstand effektiv umgehen) und Ihren Chip immer noch töten . Da die Lücke in der Funkenstrecke kleiner ist als der Abstand zwischen den Kontaktstellen des Widerstands, springt die ESD-Spitze eher über die Funkenstrecke als über den Widerstand. Natürlich könnte man auch einen Widerstand mit größerem Abstand zwischen den Pads verwenden, und das ist in einigen Fällen in Ordnung, aber Sie haben immer noch die Energie, mit der Sie umgehen müssen. Mit einer Funkenstrecke verbrauchen Sie einen Teil dieser ESD-Energie, obwohl Sie sie nicht genug verbrauchen, um sie harmlos zu machen. Und das Beste ist, sie sind KOSTENLOS!

Ein Problem bei einer TVS-Diode besteht darin, dass sie manchmal eine gewisse Leckmenge aufweisen kann, was sich auf ADC-Messwerte auswirken kann, die von einer Quelle mit hoher Impedanz stammen. Dioden am "echten" VDD-Eingang haben dieses Problem nicht, können jedoch gefährlich sein, da sie den Eingangs-Transienten viel Schaltungsmaterial aussetzen. Ein Ansatz, der diese beiden Probleme vermeidet, besteht darin, eine separate "Versorgung" zu haben, die nur zum Spannen verwendet wird, wie hier gezeigt . Beachten Sie, dass trotz der 1-Mega- Eingangsimpedanz fast keine Spannung am 1-Mega- Widerstand auftritt. Beachten Sie außerdem, dass selbst eine monstergroße Stromquelle (klicken Sie auf den Schalter) weniger als eine Milliampere in die Versorgung steckt.