Perlindungan ESD untuk input ADC

Saya ingin melindungi input ADC MCU (PIC18F67J60) (0 hingga 3.3V) terhadap lonjakan ESD.

Saya telah melihat pendekatan yang berbeda dan ragu apa yang akan menjadi metode yang disukai. Atau mungkin hanya pro dan kontra dari setiap metode.

Metodenya adalah:

• Dioda TVS dengan voltase kerja terbalik yang benar terhubung ke ground.

• Dua dioda schottky: satu di antara input V + dan adc, satu di antara input GND dan adc.

Apa yang harus dipilih?

Ada beberapa metode yang harus dilakukan, dan pendekatan yang sukses biasanya membutuhkan beberapa dari mereka pada saat yang bersamaan. Mereka:

1. Gunakan celah-percikan pada PCB itu sendiri. Ini biasanya dibuat dengan menggunakan dua bantalan berbentuk berlian pada PCB yang dipisahkan sekitar 0,008 inci atau kurang. Ini tidak bisa dicakup dalam soldermask. Satu pad terhubung ke GND (atau lebih baik lagi, ground chassis) dan yang lainnya adalah sinyal yang ingin Anda lindungi. Letakkan ini di konektor tempat asalnya. Celah percikan ini sebenarnya tidak bekerja dengan baik karena mungkin hanya mengurangi tegangan ESD menjadi sekitar 600 volt - memberi atau mengambil BANYAK karena kelembaban dan kotoran pada PCB. Tujuan # 1 untuk ini adalah untuk menghilangkan kemungkinan percikan api melintasi perangkat pelindung lainnya seperti dioda dan resistor. Anda tidak dapat menggunakan celah percikan saja dan mengharapkan sesuatu berfungsi.
   
   
   Contoh celah percikan PCB.
   Sumber NXP AN10897 Panduan untuk merancang untuk ESD dan EMC. putaran. 02 (gbr.33 di dalam).

2. Sebuah resistor seri antara percikan dan komponen sensitif Anda. Resistor ini harus sebesar mungkin tanpa mengganggu sinyal Anda. Terkadang sinyal Anda tidak memungkinkan untuk resistor apa pun, atau kadang-kadang Anda bisa lolos dengan sesuatu sebesar 10K ohm. Manik ferit juga dapat bekerja di sini, tetapi resistor lebih disukai jika memungkinkan karena resistor memiliki kinerja yang lebih dapat diprediksi pada rentang frekuensi yang lebih luas. Tujuan dari resistor ini adalah untuk mengurangi aliran arus dari spike, yang dapat membantu melindungi dioda atau perangkat lain.

3. Dioda perlindungan (satu menghubungkan sinyal Anda ke GND, dan lainnya ke VCC). Mudah-mudahan ini akan mendorong paku ke daya atau tanah pesawat. Letakkan dioda ini antara komponen sensitif Anda dan resistor seri Anda dari # 2. Anda bisa menggunakan TVS di sini, tapi itu tidak sebagus dioda normal.
4. Batas 3 nF antara sinyal Anda dan GND (atau Chassis Gnd) dapat membantu menyerap lonjakan apa pun. Untuk perlindungan ESD terbaik, letakkan di antara resistor seri dan chip Anda. Untuk penyaringan EMI terbaik, letakkan di antara resistor dan konektor Anda. Tergantung pada sinyal Anda, ini mungkin tidak berfungsi dengan baik. Tutup ini dan resistor seri akan membentuk filter low-pass yang dapat berdampak negatif pada kualitas sinyal. Ingatlah hal itu saat mendesain sirkuit Anda.

Setiap situasi kemungkinan akan membutuhkan kombinasi yang berbeda dari 4 hal ini.

Jika input ADC Anda cukup lambat maka saya akan pergi dengan celah percikan, resistor 500 hingga 1k, dan mungkin tutup. Jika Anda memiliki ruang pada PCB maka dioda juga tidak akan buruk (tapi masih berlebihan).

Biarkan saya menguraikan celah percikan sejenak. Katakanlah resistor dalam paket 0402 adalah semua perlindungan yang Anda miliki, dan lonjakan masuk. Bahkan jika resistor itu 1 meg ohm, lonjakan bisa melompati resistor kecil itu (secara efektif melewati resistor) dan masih membunuh chip Anda . Karena celah dalam celah percikan lebih kecil dari jarak antara bantalan resistor, lonjakan ESD lebih cenderung melompat melintasi celah percikan daripada resistor. Tentu saja Anda bisa menggunakan resistor dengan jarak yang lebih jauh antara bantalan, dan itu tidak masalah dalam beberapa kasus, tetapi Anda masih memiliki energi di sana yang harus Anda tangani. Dengan celah percikan Anda menghilangkan sebagian energi ESD itu, meskipun Anda tidak cukup membuangnya untuk membuatnya jinak. Dan yang terbaik, semuanya GRATIS!

Satu masalah dengan dioda TVS adalah bahwa mereka kadang-kadang dapat memiliki sejumlah kebocoran, yang dapat mempengaruhi pembacaan ADC yang diambil dari sumber impedansi tinggi. Dioda ke input VDD "nyata" tidak memiliki masalah itu, tetapi bisa berbahaya karena mereka mengekspos banyak sirkuit ke transien input. Pendekatan yang menghindari kedua masalah tersebut adalah memiliki "pasokan" terpisah yang hanya digunakan untuk menjepit, seperti yang ditunjukkan di sini . Perhatikan bahwa meskipun impedansi input satu meg, hampir tidak ada tegangan yang muncul di resistor satu meg. Perhatikan lebih lanjut bahwa bahkan pembuangan berukuran monster saat ini (klik sakelar) akan menempatkan kurang dari satu milliamp ke dalam persediaan.