Protección ESD de la entrada ADC

Hay varios métodos para hacer, y un enfoque exitoso por lo general requiere varios de ellos al mismo tiempo. Ellos son:

1. Use un espacio de chispa en el propio PCB. Normalmente, esto se hace utilizando dos almohadillas en forma de diamante en la PCB separadas por aproximadamente 0.008 pulgadas o menos. Esto no puede ser cubierto en soldermask. Una almohadilla está conectada a GND (o mejor aún, a tierra del chasis) y la otra es la señal que desea proteger. Ponga esto en el conector de donde viene. Esta chispa no funciona realmente bien, ya que solo puede reducir el voltaje de ESD a unos 600 voltios. Dale o gana mucho debido a la humedad y la suciedad en la PCB. El propósito principal de esto es eliminar la posibilidad de que una chispa salte a través de otros dispositivos de protección como diodos y resistencias. No se puede usar una chispa solo y esperar que las cosas funcionen.
   
   
   UnejemplodechispadePCB.
   Fuente NXP AN10897 Una guía para el diseño de ESD y EMC. Rdo. 02 (fig.33 adentro).

2. Una resistencia en serie entre la chispa y sus componentes sensibles. Esta resistencia debe ser lo más grande posible sin interferir con su señal. A veces, su señal no permite ninguna resistencia, o a veces puede salirse con algo tan grande como 10K ohms. Una perla de ferrita también podría funcionar aquí, pero se prefiere una resistencia si es posible porque una resistencia tiene un rendimiento más predecible en un rango de frecuencia más amplio. El propósito de esta resistencia es reducir el flujo de corriente desde el pico, lo que puede ayudar a proteger los diodos u otros dispositivos.

3. Diodos de protección (uno conecta su señal a GND y otro a VCC). Es de esperar que estos desvíen cualquier pico al poder o al plano de tierra. Ponga estos diodos entre sus componentes sensibles y su resistencia en serie del # 2. Podría usar un televisor aquí, pero eso no es tan bueno como los diodos normales.
4. Un límite de 3 nF entre su señal y GND (o Chassis Gnd) puede ayudar a absorber en gran medida cualquier pico. Para obtener la mejor protección contra ESD, colóquela entre la resistencia de serie y el chip. Para el mejor filtrado de EMI, colóquelo entre la resistencia y su conector. Dependiendo de su señal, esto podría no funcionar bien. Esta tapa y la resistencia en serie formarán un filtro de paso bajo que podría afectar negativamente la calidad de la señal. Tenlo en cuenta al diseñar tu circuito.

Es probable que cada situación requiera una combinación diferente de estas 4 cosas.

Si su entrada de ADC es bastante lenta, entonces iría con una chispa, una resistencia de 500 a 1k, y tal vez una tapa. Si tiene espacio en la PCB, entonces los diodos tampoco serían malos (pero aún así serían excesivos).

Déjame explicarte por un momento la brecha de la chispa. Digamos que una resistencia en un paquete 0402 era toda la protección que tenías, y entra una espiga. Incluso si esa resistencia es de 1 meg ohm, la espiga podría saltar a través de esa pequeña resistencia (al pasar por alto la resistencia) y aún así matar tu chip. . Dado que la brecha en el espacio de la chispa es más pequeña que la distancia entre las almohadillas de la resistencia, es más probable que la punta del ESD salte a través de la brecha de la chispa que la resistencia. Por supuesto, usted podría usar una resistencia con más distancia entre las almohadillas, y eso está bien en algunos casos, pero aún tiene la energía con la que tiene que lidiar. Con una chispa, disipa algo de esa energía ESD, aunque no la disipe lo suficiente como para hacerla benigna. Y lo mejor de todo, ¡son GRATIS!

Un problema con un diodo TVS es que a veces pueden tener una cierta cantidad de fugas, lo que puede afectar las lecturas de ADC tomadas de una fuente de alta impedancia. Los diodos a la entrada VDD "real" no tienen ese problema, pero pueden ser peligrosos porque exponen muchos circuitos a los transitorios de entrada. Un enfoque que evita ambos problemas es tener un "suministro" que se use solo para la sujeción, como se muestra en aquí . Tenga en cuenta que a pesar de la impedancia de entrada de un megas, casi no aparece voltaje a través de la resistencia de uno megas. Tenga en cuenta además que incluso un volcado de corriente de tamaño monstruo (haga clic en el interruptor) pondrá menos de un miliamperio en el suministro.