ADC इनपुट का ESD संरक्षण


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मैं ESD सर्ज के खिलाफ एक MCU (PIC18F67J60) ADC इनपुट (0 से 3.3V) की रक्षा करना चाहता हूं।

मैंने अलग-अलग दृष्टिकोण देखे हैं और मुझे कुछ संदेह है कि पसंदीदा तरीका क्या होगा। या प्रत्येक विधि के केवल पेशेवरों और विपक्षों के लिए संभव है।

तरीके हैं:

  • ग्राउंड से जुड़े सही रिवर्स वर्किंग वोल्टेज के साथ एक टीवीएस डायोड।

  • दो स्कूटी डायोड: एक वी + और एडीसी इनपुट के बीच, एक जीएनडी और एडीसी इनपुट के बीच।

क्या चुनना है?


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ईएसडी परी के खिलाफ सुरक्षा का एक और सामान्य तरीका: इनपुट के साथ श्रृंखला में अवरोधक (आमतौर पर लगभग 2k से 5k)।
निक एलेक्सीव

जवाबों:


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करने के लिए कई तरीके हैं, और एक सफल दृष्टिकोण के लिए आमतौर पर एक ही समय में उनमें से कई की आवश्यकता होती है। वो हैं:

  1. पीसीबी पर ही स्पार्क-गैप का इस्तेमाल करें। यह आम तौर पर पीसीबी पर दो हीरे के आकार के पैड का उपयोग करके बनाया जाता है, जो लगभग 0.008 इंच या उससे कम होता है। यह मिलाप में कवर नहीं किया जा सकता है। एक पैड GND (या बेहतर अभी तक, चेसिस ग्राउंड) से जुड़ा है और दूसरा वह संकेत है जिसे आप सुरक्षित करना चाहते हैं। इसे कनेक्टर में रखें जहां से यह आ रहा है। यह स्पार्क गैप वास्तव में बहुत अच्छी तरह से काम नहीं करता है क्योंकि यह ESD वोल्टेज को लगभग 600 वोल्ट तक कम कर सकता है - पीसीबी पर आर्द्रता और गंदगी के कारण बहुत कम देता है या ले जाता है। इसके लिए # 1 उद्देश्य डायोड और प्रतिरोधों जैसे अन्य सुरक्षात्मक उपकरणों में एक स्पार्क जंपिंग की संभावना को दूर करना है। आप अकेले स्पार्क-गैप का उपयोग नहीं कर सकते हैं और काम करने की उम्मीद कर सकते हैं। (अंजीर ।3.3 अंदर)।

    पीसीबी स्पार्क गैप
    पीसीबी स्पार्क गैप का एक उदाहरण है।
    स्रोत NXP AN10897 ESD और EMC के लिए डिजाइन करने के लिए एक गाइड। रेव। 02

  2. चिंगारी और आपके संवेदनशील घटकों के बीच एक श्रृंखला रोकनेवाला। यह रोकनेवाला आपके सिग्नल के साथ हस्तक्षेप किए बिना जितना संभव हो उतना बड़ा होना चाहिए। कभी-कभी आपका संकेत किसी भी अवरोधक के लिए अनुमति नहीं देगा, या कभी-कभी आप 10K ओम के रूप में कुछ के साथ दूर हो सकते हैं। एक फेराइट बीड भी यहां काम कर सकता है, लेकिन यदि संभव हो तो एक रेज़र को पसंद किया जाता है क्योंकि एक रोधक में व्यापक आवृत्ति रेंज पर अधिक अनुमानित प्रदर्शन होता है। इस अवरोधक का उद्देश्य स्पाइक से वर्तमान प्रवाह को कम करना है, जो डायोड या अन्य उपकरणों की रक्षा करने में मदद कर सकता है।

  3. संरक्षण डायोड (एक आपके सिग्नल को जीएनडी, और दूसरे को वीसीसी से जोड़ता है)। ये किसी भी स्पाइक्स को या तो पावर या ग्राउंड प्लेन से अलग कर देंगे। इन डायोड को अपने संवेदनशील घटकों और अपनी श्रृंखला रोकनेवाला के बीच # 2 से रखें। आप यहां टीवीएस का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन यह सामान्य डायोड जितना अच्छा नहीं है।
  4. आपके सिग्नल और जीएनडी (या चेसिस गंड) के बीच एक 3 एनएफ कैप किसी भी स्पाइक को अवशोषित करने में मदद कर सकता है। सर्वश्रेष्ठ ईएसडी सुरक्षा के लिए, इसे अपनी श्रृंखला अवरोधक और चिप के बीच रखें। सर्वोत्तम ईएमआई फ़िल्टरिंग के लिए, इसे रोकनेवाला और अपने कनेक्टर के बीच रखें। आपके संकेत के आधार पर, यह अच्छी तरह से काम नहीं कर सकता है। यह टोपी और श्रृंखला रोकनेवाला एक कम-पास फिल्टर बनाएगा जो सिग्नल की गुणवत्ता को नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकता है। अपने सर्किट को डिजाइन करते समय इसका ध्यान रखें।

प्रत्येक स्थिति में इन 4 चीजों के एक अलग संयोजन की आवश्यकता होगी।

यदि आपका ADC इनपुट काफी धीमा है, तो मैं एक स्पार्क गैप, 500 से 1k रेसिस्टर और शायद एक कैप के साथ जाऊंगा। यदि आपके पास पीसीबी पर कमरा है, तो डायोड या तो खराब नहीं होगा (लेकिन अभी भी ओवरकिल होगा)।

मुझे एक पल के लिए स्पार्क गैप पर विस्तार से बताएं। मान लें कि एक 0402 पैकेज में एक अवरोधक आपके पास सभी सुरक्षा था, और एक स्पाइक आता है। भले ही वह रोकनेवाला 1 मेगा ओम हो, स्पाइक उस छोटे अवरोधक (प्रभावी रूप से रोकनेवाला को दरकिनार) पर कूद सकता है और फिर भी आपकी चिप को मार सकता है। । चूँकि स्पार्क गैप में गैप रेजिस्टर के पैड्स के बीच की दूरी से छोटा होता है, इसलिए ESD स्पाइक रेसिस्टर की तुलना में स्पार्क गैप के कूदने की संभावना अधिक होती है। बेशक आप पैड के बीच अधिक दूरी के साथ एक अवरोधक का उपयोग कर सकते हैं, और यह कुछ मामलों में ठीक है, लेकिन आपके पास अभी भी वहां ऊर्जा है जिसे आपको निपटना होगा। एक स्पार्क गैप के साथ, आप उस ईएसडी ऊर्जा में से कुछ को अलग कर देते हैं, भले ही आप इसे सौम्य बनाने के लिए पर्याप्त रूप से न फैलाएं। और सभी के सर्वश्रेष्ठ, वे मुफ़्त हैं!


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"आप यहां टीवीएस का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन यह सामान्य डायोड की तरह अच्छा नहीं है।" ऐसा क्यों है? मैंने सोचा कि टीवीएस डायोड विशेष रूप से उस उद्देश्य के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।
Rev1.0

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@ Rev1.0 टीवीएस को घटना की पूरी ऊर्जा को भंग करना है, जबकि डायोड इसे ज्यादातर बिजली की रेल में पुनर्निर्देशित करता है ताकि वे बड़े हों। टीवीएस और ज़ेनर्स में क्लैम्पिंग वाल्टेज की संख्या बहुत कम है। 5S से कम के संकेतों के लिए TVS की आम तौर पर अच्छी तरह से काम नहीं करता है। टीवीएस में सुधार हो रहा है जहां वे अभी कुछ साल पहले थे, लेकिन जब डायोड काम करते हैं, तो वे आमतौर पर बेहतर काम करते हैं।

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टीवीएस डायोड के साथ एक समस्या यह है कि उनमें कभी-कभी एक निश्चित मात्रा में रिसाव हो सकता है, जो उच्च-प्रतिबाधा स्रोत से ली गई एडीसी रीडिंग को प्रभावित कर सकता है। "वास्तविक" वीडीडी इनपुट के लिए डायोड में वह समस्या नहीं होती है, लेकिन यह खतरनाक हो सकता है क्योंकि वे इनपुट ट्रांजिस्टर के लिए बहुत सारे सर्किटरी को उजागर करते हैं। एक दृष्टिकोण जो उन दोनों समस्याओं से बचा जाता है एक अलग "आपूर्ति" है जो केवल क्लैंपिंग के लिए उपयोग किया जाता है, जैसा कि यहां दिखाया गया है । ध्यान दें कि एक-मेग इनपुट इनपुट प्रतिबाधा के बावजूद, लगभग कोई वोल्टेज वन-मेग रेसिस्टर के पार नहीं दिखता है। आगे ध्यान दें कि यहां तक ​​कि एक राक्षस-आकार का वर्तमान डंप (स्विच पर क्लिक करें) एक मिलिम्प से कम आपूर्ति में डाल देगा।

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