ESD защита входа АЦП

Я хочу защитить вход АЦП MCU (PIC18F67J60) (от 0 до 3,3 В) от скачков электростатического разряда.

Я видел разные подходы и сомневаюсь, что будет предпочтительным методом. Или возможны только плюсы и минусы каждого метода.

Методы:

• Диод TVS с правильным обратным рабочим напряжением, подключенным к земле.

• Два диода Шоттки: один между V + и АЦП, один между GND и АЦП.

Что выбрать?

Есть несколько методов, и успешный подход обычно требует нескольких из них одновременно. Они есть:

1. Используйте искровой разрядник на самой плате. Обычно это делается с использованием двух ромбовидных прокладок на печатной плате, разделенных примерно на 0,008 дюйма или менее. Это не может быть покрыто паяльной маской. Один пэд подключен к GND (или, что еще лучше, к заземлению шасси), а другой - сигнал, который вы хотите защитить. Поместите это в разъем, откуда он входит. Этот искровой разрядник на самом деле не очень хорошо работает, так как он может снизить напряжение электростатического разряда примерно до 600 вольт - дайте или возьмите МНОГО из-за влажности и грязи на печатной плате. Цель № 1 для этого состоит в том, чтобы исключить возможность скачка искры через другие защитные устройства, такие как диоды и резисторы. Вы не можете использовать один разрядник и ожидать, что все будет работать.
   
   
   Пример искрового разрядника на печатной плате.
   Источник NXP AN10897 Руководство по проектированию для ESD и EMC. оборот 02 (рис.33 внутри).

2. Последовательный резистор между искрой и вашими чувствительными компонентами. Этот резистор должен быть как можно большего размера, не мешая вашему сигналу. Иногда ваш сигнал не учитывает какой-либо резистор, а иногда вы можете получить что-то более 10 кОм. Ферритовый шарик также может работать здесь, но резистор предпочтительнее, если это возможно, потому что резистор имеет более предсказуемые характеристики в более широком частотном диапазоне. Назначение этого резистора - уменьшить ток, протекающий от шипа, что может помочь защитить диоды или другие устройства.

3. Защитные диоды (один соединяет ваш сигнал с GND, а другой с VCC). Надеемся, что они будут шунтировать любые шипы либо на силовой, либо на наземный самолет. Поместите эти диоды между вашими чувствительными компонентами и последовательным резистором №2. Вы можете использовать TVS здесь, но это не так хорошо, как обычные диоды.
4. Ограничение 3 нФ между вашим сигналом и GND (или шасси Gnd) может помочь значительно поглотить любой всплеск. Для лучшей защиты от электростатического разряда поместите его между резистором и микросхемой. Для лучшей фильтрации электромагнитных помех поместите его между резистором и разъемом. В зависимости от вашего сигнала, это может не сработать. Этот колпачок и последовательный резистор образуют фильтр нижних частот, который может отрицательно влиять на качество сигнала. Имейте это в виду при разработке вашей схемы.

Каждая ситуация, вероятно, потребует различной комбинации этих 4 вещей.

Если ваш вход АЦП довольно медленный, то я бы использовал искровой разрядник, резистор от 500 до 1 кОм и, возможно, крышку. Если у вас есть место на печатной плате, то диоды тоже не будут плохими (но все же излишними).

Позвольте мне подробнее остановиться на искровом промежутке. Скажем, резистор в корпусе 0402 был всей защитой, которую вы имели, и в него поступает шип. Даже если этот резистор составляет 1 мегом, он может перепрыгнуть через этот маленький резистор (эффективно обходя резистор) и все же убить ваш чип , Поскольку промежуток в искровом промежутке меньше, чем расстояние между контактами резистора, шип ESD с большей вероятностью перепрыгнет через искровой промежуток, чем резистор. Конечно, вы можете просто использовать резистор с большим расстоянием между контактами, и в некоторых случаях это нормально, но у вас все еще есть энергия, с которой вам приходится иметь дело. С искровым разрядником вы действительно рассеиваете часть этой энергии ESD, даже если вы не рассеиваете ее достаточно, чтобы сделать ее мягкой. И что самое приятное, они БЕСПЛАТНЫЕ!

Одна проблема с диодами TVS состоит в том, что они могут иногда иметь определенную утечку, которая может повлиять на показания АЦП, полученные от источника с высоким импедансом. Диоды на «реальном» входе VDD не имеют этой проблемы, но могут быть опасны, потому что они подвергают много схем входным переходным процессам. Подход, который позволяет избежать обеих этих проблем, заключается в том, чтобы иметь отдельную «подачу», которая используется только для зажима, как показано здесь . Обратите внимание, что, несмотря на входной импеданс в 1 мегагерц, напряжение на резисторе в 1 мегабайт практически отсутствует. Также обратите внимание, что даже дамп тока размером с монстра (щелкнув по переключателю) будет давать меньше миллиамперного напряжения.