Protezione ESD dell'ingresso ADC

Voglio proteggere un ingresso ADC MCU (PIC18F67J60) (da 0 a 3,3 V) contro i picchi di ESD.

Ho visto approcci diversi e ho qualche dubbio su quale sarebbe il metodo preferito. O possibili solo pro e contro di ogni metodo.

I metodi sono:

• Un diodo TVS con tensione di lavoro inversa corretta collegata a terra.

• Due diodi schottky: uno tra V + e ingresso adc, uno tra GND e ingresso adc.

Cosa scegliere?

Esistono diversi metodi da eseguire e un approccio di successo richiede in genere diversi di essi contemporaneamente. Loro sono:

1. Utilizzare uno spinterometro sul PCB stesso. Questo è normalmente realizzato utilizzando due cuscinetti a forma di diamante sul PCB separati da circa 0,008 pollici o meno. Questo non può essere coperto in soldermask. Un pad è collegato a GND (o meglio ancora, massa dello chassis) e l'altro è il segnale che vuoi proteggere. Mettilo sul connettore da cui proviene. Questo gap scintilla non funziona davvero molto bene poiché potrebbe solo ridurre la tensione ESD a circa 600 volt - dare o prendere MOLTO a causa dell'umidità e dello sporco sul PCB. Lo scopo numero 1 per questo è rimuovere la possibilità che una scintilla salti attraverso gli altri dispositivi di protezione come diodi e resistori. Non è possibile utilizzare da soli una scintilla e aspettarsi che le cose funzionino.
   
   
   Un esempio di spinterometro per PCB.
   Fonte NXP AN10897 Una guida alla progettazione per ESD ed EMC. rev. 02 (fig.33 all'interno).

2. Un resistore in serie tra la scintilla e i componenti sensibili. Questo resistore dovrebbe essere il più grande possibile senza interferire con il segnale. A volte il tuo segnale non consente alcuna resistenza, oppure a volte puoi cavartela con qualcosa di grande come 10K ohm. Qui potrebbe funzionare anche un cordone di ferrite, ma se possibile è preferibile un resistore perché un resistore ha prestazioni più prevedibili su un intervallo di frequenza più ampio. Lo scopo di questo resistore è ridurre il flusso di corrente dal picco, che può aiutare a proteggere i diodi o altri dispositivi.

3. Diodi di protezione (uno collega il segnale a GND e un altro a VCC). Si spera che questi sposteranno eventuali picchi sul potere o sul piano di terra. Inserisci questi diodi tra i componenti sensibili e il resistore in serie dal n. 2. Puoi usare un TVS qui, ma non è buono come i normali diodi.
4. Un limite di 3 nF tra il segnale e GND (o Chassis Gnd) può aiutare ad assorbire notevolmente qualsiasi picco. Per la migliore protezione ESD, inseriscilo tra il resistore serie e il chip. Per un filtro EMI ottimale, inseriscilo tra la resistenza e il connettore. A seconda del segnale, questo potrebbe non funzionare bene. Questo cappuccio e il resistore serie formeranno un filtro passa-basso che potrebbe influire negativamente sulla qualità del segnale. Tienilo a mente quando progetti il ​​tuo circuito.

Ogni situazione richiederà probabilmente una combinazione diversa di queste 4 cose.

Se il tuo ingresso ADC è piuttosto lento, sceglierei una scintilla, una resistenza da 500 a 1k e forse un limite. Se si dispone di spazio sul PCB, i diodi non sarebbero neanche male (ma comunque eccessivi).

Permettetemi di approfondire lo spinterometro per un momento. Diciamo che un resistore in un pacchetto 0402 era tutta la protezione che avevi e arriva un picco. Anche se quel resistore è 1 meg ohm, il picco potrebbe saltare attraverso quel piccolo resistore (bypassando efficacemente il resistore) e comunque uccidere il tuo chip . Poiché lo spazio nello spinterometro è inferiore alla distanza tra i pad del resistore, è più probabile che il picco ESD salti attraverso lo spinterometro rispetto al resistore. Ovviamente potresti semplicemente usare un resistore con più distanza tra i pad, e in alcuni casi è OK, ma hai ancora l'energia che devi affrontare. Con un gap di scintilla dissipi parte di quell'energia ESD, anche se non la dissipi abbastanza per renderla benigna. E soprattutto, sono GRATIS!

Un problema con un diodo TVS è che a volte possono avere una certa quantità di perdite, che possono influenzare le letture ADC prese da una sorgente ad alta impedenza. I diodi all'ingresso VDD "reale" non hanno questo problema, ma possono essere pericolosi perché espongono molti circuiti ai transitori di ingresso. Un approccio che evita entrambi questi problemi è di avere una "fornitura" separata che viene utilizzata solo per il bloccaggio, come mostrato qui . Si noti che nonostante l'impedenza di ingresso di un mega, quasi nessuna tensione appare attraverso la resistenza da un mega. Si noti inoltre che anche un dump di corrente di dimensioni mostruose (fare clic sull'interruttore) inserirà meno di un milliampere nella fornitura.