การป้องกัน ESD ของอินพุต ADC

ฉันต้องการปกป้องอินพุต ADC MCU (PIC18F67J60) (0 ถึง 3.3V) จากไฟกระชาก ESD

ฉันได้เห็นวิธีการที่แตกต่างกันและมีข้อสงสัยว่าอะไรจะเป็นวิธีที่ต้องการ หรือเป็นไปได้เพียงแค่ข้อดีข้อเสียของแต่ละวิธี

วิธีการคือ:

• ไดโอด TVS ที่มีแรงดันการทำงานย้อนกลับที่ถูกต้องเชื่อมต่อกับพื้นดิน

• ไดโอด schottky สองตัว: หนึ่งระหว่าง V + และอินพุต adc หนึ่งระหว่าง GND และ adc อินพุต

จะเลือกอะไรดี?

มีหลายวิธีที่ต้องทำและวิธีการที่ประสบความสำเร็จมักจะต้องใช้หลายวิธีพร้อมกัน พวกเขาเป็น:

1. ใช้ spark-gap บนตัว PCB เอง โดยปกติจะทำโดยใช้แผ่นเพชรรูปสองแผ่นบนแผ่น PCB คั่นด้วยประมาณ 0.008 นิ้วหรือน้อยกว่า นี้ไม่สามารถครอบคลุมใน soldermask แผ่นหนึ่งเชื่อมต่อกับ GND (หรือดีกว่าพื้นแชสซี) และอีกแผ่นหนึ่งเป็นสัญญาณที่คุณต้องการป้องกัน วางสิ่งนี้ไว้ที่ตัวเชื่อมต่อที่มาจาก ช่องว่างแบบประกายนี้ทำงานได้ไม่ดีนักเนื่องจากมันอาจลดแรงดันไฟฟ้า ESD เหลือเพียงประมาณ 600 โวลต์เท่านั้น - ให้หรือใช้มากเนื่องจากความชื้นและสิ่งสกปรกบน PCB วัตถุประสงค์อันดับ 1 สำหรับการทำเช่นนี้คือการลบความเป็นไปได้ของการกระโดดประกายในอุปกรณ์ป้องกันอื่น ๆ เช่นไดโอดและตัวต้านทาน คุณไม่สามารถใช้ spark-gap เพียงอย่างเดียวและคาดหวังว่าสิ่งต่าง ๆ จะได้ผล
   
   
   ตัวอย่างของช่องว่างจุดประกาย PCB
   Source NXP AN10897 คำแนะนำในการออกแบบสำหรับ ESD และ EMC การหมุนรอบ 02 (รูปที่ 313 ภายใน)

2. ตัวต้านทานแบบอนุกรมระหว่างประกายไฟและส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนของคุณ ตัวต้านทานนี้ควรมีขนาดใหญ่ที่สุดโดยไม่รบกวนสัญญาณของคุณ บางครั้งสัญญาณของคุณจะไม่อนุญาตให้มีตัวต้านทานใด ๆ หรือบางครั้งคุณสามารถหลีกเลี่ยงสิ่งที่มีขนาดใหญ่ถึง 10K โอห์ม เฟอร์ไรต์บีดสามารถทำงานที่นี่ได้เช่นกัน แต่จะต้องมีตัวต้านทานถ้าเป็นไปได้เนื่องจากตัวต้านทานมีประสิทธิภาพที่คาดการณ์ได้มากกว่าช่วงความถี่ที่กว้างขึ้น วัตถุประสงค์ของตัวต้านทานนี้คือเพื่อลดการไหลของกระแสจากเข็มซึ่งสามารถช่วยป้องกันไดโอดหรืออุปกรณ์อื่น ๆ

3. ไดโอดป้องกัน (ตัวหนึ่งเชื่อมสัญญาณของคุณกับ GND และตัวอื่น ๆ กับ VCC) หวังว่าสิ่งเหล่านี้จะช่วยลดแรงกระแทกหรือแรงกระเพื่อม ใส่ไดโอดเหล่านี้ระหว่างส่วนประกอบสำคัญของคุณและตัวต้านทานอนุกรมของคุณจาก # 2 คุณสามารถใช้ TVS ที่นี่ แต่ไม่ดีเท่าไดโอดปกติ
4. ขีด จำกัด 3 nF ระหว่างสัญญาณของคุณกับ GND (หรือแชสซี Gnd) สามารถช่วยดูดซับเข็มได้อย่างมาก เพื่อการป้องกัน ESD ที่ดีที่สุดให้ใส่ระหว่างตัวต้านทานอนุกรมและชิปของคุณ สำหรับการกรอง EMI ที่ดีที่สุดให้ใส่ระหว่างตัวต้านทานและตัวเชื่อมต่อของคุณ สิ่งนี้อาจทำงานได้ไม่ดีทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสัญญาณของคุณ ฝาปิดและตัวต้านทานซีรีย์จะสร้างฟิลเตอร์ low-pass ที่อาจส่งผลเสียต่อคุณภาพสัญญาณ โปรดทราบว่าเมื่อออกแบบวงจรของคุณ

แต่ละสถานการณ์มีแนวโน้มที่จะต้องมีการผสมผสานของ 4 สิ่งเหล่านี้

หากอินพุต ADC ของคุณช้าพอสมควรฉันจะไปกับช่องว่างประกายไฟตัวต้านทาน 500 ถึง 1k และอาจเป็นฝาปิด หากคุณมีพื้นที่บน PCB แล้วไดโอดก็จะไม่เลวเช่นกัน (แต่ยังเกินความเป็นจริง)

ขอผมอธิบายเกี่ยวกับช่องว่างของประกายไฟสักครู่ สมมติว่าตัวต้านทานในแพคเกจ 0402 นั้นมีการป้องกันทั้งหมดที่คุณมีและมีตัวขัดขวางเข้ามาแม้ว่าตัวต้านทานนั้นจะมีค่าเท่ากับ 1 meg ohm แต่ตัวขัดขวางสามารถกระโดดข้ามตัวต้านทานขนาดเล็กนั้นได้ (ผ่านตัวต้านทานได้อย่างมีประสิทธิภาพ) . เนื่องจากช่องว่างในช่องว่างประกายไฟมีขนาดเล็กกว่าระยะห่างระหว่างแผ่นอิเล็กโทรดของตัวต้านทานจึงขัดขวาง ESD มีแนวโน้มที่จะกระโดดข้ามช่องว่างประกายไฟมากกว่าตัวต้านทาน แน่นอนคุณสามารถใช้ตัวต้านทานที่มีระยะห่างระหว่างแผ่นอิเล็กโทรดมากขึ้นและก็ใช้ได้ในบางกรณี แต่คุณยังมีพลังงานอยู่ตรงนั้นที่คุณต้องจัดการด้วย ด้วยช่องว่างที่เป็นประกายคุณจะกระจายพลังงาน ESD นั้นไปแม้ว่าคุณจะไม่กระจายพลังงานเพียงพอที่จะทำให้มันอ่อนโยน และที่ดีที่สุดคือฟรี!

ปัญหาหนึ่งของไดโอด TVS คือบางครั้งอาจมีการรั่วไหลจำนวนหนึ่งซึ่งอาจส่งผลต่อการอ่าน ADC จากแหล่งความต้านทานสูง ไดโอดที่อินพุต VDD "ของจริง" ไม่มีปัญหานั้น แต่อาจเป็นอันตรายได้เนื่องจากมีวงจรไฟฟ้าจำนวนมากที่ส่งผ่านอินพุตชั่วคราว วิธีการที่หลีกเลี่ยงทั้งปัญหาเหล่านั้นคือการมีที่แยกจากกัน "อุปทาน" ซึ่งจะใช้สำหรับการจับยึดที่แสดงที่นี่ โปรดทราบว่าแม้จะมีอิมพิแดนซ์อินพุตหนึ่งเมกะไบต์เกือบจะไม่มีแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ปรากฏบนตัวต้านทานขนาดหนึ่งเมกะไบต์ โปรดทราบเพิ่มเติมว่าแม้การถ่ายโอนข้อมูลขนาดมอนสเตอร์ปัจจุบัน (คลิกที่สวิทช์) จะทำให้การจ่ายน้อยกว่ามิลลิแอมป์