ADC输入的ESD保护


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我想保护MCU(PIC18F67J60)ADC输入(0至3.3V)免受ESD浪涌的影响。

我看到了不同的方法,并且怀疑哪种方法是首选方法。或可能只是每种方法的利弊。

方法是:

  • 具有正确反向工作电压的TVS二极管接地。

  • 两个肖特基二极管:一个在V +和adc输入之间,一个在GND和adc输入之间。

选择什么?


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防止ESD妖精的另一种常见方法是:与输入串联的电阻(通常约为2k至5k)。
尼克·阿列克谢耶夫

Answers:


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有几种方法可以完成,而成功的方法通常需要同时使用几种方法。他们是:

  1. 在PCB本身上使用火花隙。通常是使用PCB上两个相距约0.008英寸或更短的菱形焊盘制成的。这不能用阻焊剂覆盖。一个焊盘连接到GND(或者更好的是机箱接地),另一个是您要保护的信号。将其放在来自其的连接器上。这个火花隙实际上不能很好地工作,因为它可能只会将ESD电压降低到大约600伏特-由于PCB上的湿气和脏物,会产生很多影响。这样做的第一目的是消除火花跨过其他保护器件(如二极管和电阻器)的可能性。您不能单独使用火花隙并期望一切正常。

    PCB火花隙
    PCB火花隙的示例。
    来源恩智浦AN10897 ESD和EMC设计指南。转速 02 (图33里面)。

  2. 火花和敏感元件之间的串联电阻。该电阻应尽可能大,而不会干扰您的信号。有时您的信号不允许使用任何电阻,或者有时您可以摆脱高达10K欧姆的电阻。铁氧体磁珠也可以在这里工作,但是如果可能的话,最好使用电阻,因为电阻在更宽的频率范围内具有更可预测的性能。该电阻器的目的是减少尖峰电流,这有助于保护二极管或其他设备。

  3. 保护二极管(一个将信号连接至GND,另一个将VCC连接至)。这些有望将任何尖峰分流到电源或接地层。将这些二极管放在您的敏感组件和2号串联电阻之间。您可以在这里使用TVS,但这不如普通的二极管好。
  4. 信号和GND(或机箱Gnd)之间的3 nF电容有助于大大吸收任何尖峰信号。为了获得最佳的ESD保护,请将其放在串联电阻和芯片之间。为了获得最佳的EMI滤波,请将其放在电阻器和连接器之间。根据您的信号,这可能无法正常工作。该电容和串联电阻将形成一个低通滤波器,可能会对信号质量产生负面影响。设计电路时请记住这一点。

每种情况可能都需要这4种东西的不同组合。

如果您的ADC输入相当慢,那么我会选择一个火花隙,一个500到1k的电阻器以及一个上限。如果您在PCB上有足够的空间,那么二极管也不会很坏(但仍然会导致过大)。

让我详细说明一下火花隙。假设0402封装中的电阻器是您所拥有的全部保护,并且会有一个尖峰出现。即使该电阻器为1兆欧,尖峰也可能跨越那个小电阻器(有效地绕过了该电阻器),并且仍然会杀死您的芯片。由于火花隙中的间隙小于电阻器焊盘之间的距离,因此,ESD尖峰比电阻器更容易跨越火花隙。当然,您可以只使用一个在焊盘之间有更大距离的电阻,这在某些情况下是可以的,但您仍然需要处理其中的能量。有了火花隙,您确实会消散一些ESD能量,即使您没有充分消散它以使其变得无害。最重要的是,它们是免费的!


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“您可以在这里使用TVS,但这不如普通的二极管好。” 这是为什么?我以为TVS二极管是专门为此目的而设计的。
Rev1.0

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@ Rev1.0 TVS必须消耗事件的全部能量,而二极管会将大部分事件重定向到电源轨中,因此它们更大。TVS和齐纳二极管的钳位电压准确度要低得多。TVS通常不适用于小于5v的信号。TVS在几年前就得到了改善,但是当二极管工作时,它们通常会工作得更好。

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TVS二极管的一个问题是,有时它们会产生一定量的泄漏,这可能会影响从高阻抗源获取的ADC读数。到“真实” VDD输入的二极管没有这个问题,但是可能很危险,因为它们使很多电路承受输入瞬变。的方法,其避免这两个问题的方法是具有仅用于夹紧,如图单独的“供应” 这里。请注意,尽管输入阻抗为1兆欧,但1兆欧电阻两端几乎没有电压出现。还要注意的是,即使是一个巨大的电流转储(单击开关)也将使电源电压低于毫安。

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