In che modo un circuito di serraggio a diodo protegge da sovratensione ed ESD?

Vedo sempre questo circuito quando parlo di sovratensione o protezione ESD (questo circuito realizza entrambi, o solo uno?):

Tuttavia, non capisco come funzioni. Supponiamo di aver inserito 20 V al Vpin.

Quindi Vpin ha un potenziale maggiore di Vdd, quindi la corrente scorre attraverso il diodo. Ma la tensione sul nodo Vpin è ancora di 20 V e l'IC continua a vedere 20 V: in che modo protegge i circuiti interni? Inoltre, se un evento ESD raggiunge 10.000 V a Vpin, come protegge i circuiti interni?

Infine, il diodo D2 è lì per proteggere da una tensione inferiore a Vss o ha qualche altro scopo?

Ho provato a simulare questo circuito, ma per qualche motivo non funziona.

Il circuito protegge da sovratensione ed ESD a determinate condizioni. Il presupposto principale è che Vd sia "rigido" rispetto alla fonte di energia su Vpin. Questo di solito è vero per Vd = alimentazione di diciamo 1 A + capacità e Vpin è una tipica sorgente di segnale. Se Vpin è ad es. Una batteria per auto, tutte le scommesse potrebbero essere spente su quanto tempo deve trascorrere prima che D3 venga distrutto. .

Come mostrato, l'ingresso Vpin è collegato a Vdd tramite il diodo D3. O
- L'ingresso verrà bloccato su una caduta di diodi sopra Vd perché la sorgente non ha abbastanza energia per aumentare la tensione di Vd oppure
- Vd salirà vicino a Vpin - solo se Vpin è molto più "rigido" di Vd. Non di solito, oppure
- D3 verrà distrutta come fonte di energia e affondata

È normale aggiungere un piccolo resistore, ad esempio da 1k a 10k tra Vpin e la giunzione D2 D3.

Vpin ora deve rilasciare ~ = Vpin-Vd attraverso il resistore.

ESD: Lo stesso circuito funziona allo stesso modo per ESD che è "solo" una fonte di energia a bassa tensione (speri) più alta. Ancora una volta, un resistore di ingresso in serie aiuta. Aspetti come il tempo di salita e l'energia disponibili e forse anche il tempo di risposta del diodo diventano importanti.

Stai dimenticando che queste fonti di tensione sono "ideali". Quindi, se il tuo input è 20 V direttamente da un'alimentazione, sarà sempre 20 V.

Lancia lì una resistenza di serie e puoi vedere come funziona.

Ho usato LTspice per modellare il circuito.

R1 è la resistenza di ingresso per alcuni pin IC.

Ho fatto una scansione DC da -10 V a 10 V con incrementi di 1 V.

Come vedi, quando inizio a superare i 5,7 V, R1 vede solo ~ 5,7 V.

Le ESD hanno una tensione molto più alta e durano solo per un breve momento, ma ciò dovrebbe dimostrare la protezione.

$V_{pin} > V_{dd}+0.7$$V_{pin} < -0.7$

Il test ESD può arrivare fino a + 8kV o fino a -8kV. Quando si verifica una scarica di + 8kV, la corrente fluirà attraverso D3 e cercherà di neutralizzarsi. Quando si verifica -8kV, la corrente fluirà attraverso D2.

Nell'applicazione reale, l'offerta VDD e VSS è molto lontana. Quando si verifica ESD, il picco salterà fuori dalla traccia VDD (o VSS) e interferirà con altri componenti.

Per ridurre al minimo questa caratteristica indesiderata, aggiungere sempre un limite tra VDD e VSS; più vicino a D2 e ​​D3.

"Quando Vin> Vcc + 0.7, o quando Vin <-0.7, uno dei diodi inizierà a condurre. La tensione in eccesso (qualsiasi cosa al di sopra di 5.7 o al di sotto di -0.7 viene passata a terra o di nuovo nella fornitura" Penso che questa spiegazione da efox29 praticamente risponde alla tua domanda.

La tua foto è in qualche modo fuorviante. Il nodo Vpin in cui hai scritto 20V si spera che non raggiunga mai 20V. Quando Vpin inizia a salire di tensione (sulla sua strada fino a 20 V), non appena supera la tensione Vdd (5 V + 0,7) il diodo D3 condurrà e invierà la maggior parte della corrente al nodo Vdd e Vpin non lo farà aumentare di tensione.

Allo stesso modo D2 bloccherà la tensione di Vpin in modo che non sia inferiore a Vss

il compito della rete ferroviaria Vdd è quello di mantenere la differenza potenziale tra Vdd e terra a 5V. se si tenta di rendere vdd maggiore di 5v inviando corrente nel nodo vdd, l'alimentazione della guida Vdd passerà questa corrente aggiuntiva inviata a terra in modo tale che vdd rimanga a 5v. se hai veramente richiesto che il nodo vin fosse a 20v (rispetto alla terra), allora hai due fonti che richiedono tensioni diverse per lo stesso nodo (pensa che chiamino questa "contesa sorgente"). Se la sorgente a 20 V su Vin è abbastanza forte da poter fornire più corrente di quella che la guida a 5 v vdd può affondare (e questo dovrebbe essere molta corrente, e D3 probabilmente fallirebbe con così tanta corrente) quindi il nodo Vdd sarebbe essere costretto ad essere 19,3 V dalla fornitura di vino 20V.