Qué tipo de diodo usar con las entradas ADC

La función que describe es el uso de "Diodos de sujeción" para proteger la entrada del ADC de los cambios de voltaje demasiado por encima del riel positivo, o demasiado por debajo del riel negativo (generalmente a tierra).

Vea la la sección Abrazadera de voltaje en esta bonita guía de Diodos y transistores, y específicamente la Esquema proporcionado en el mismo:

Losparámetrosdediododeinterés:

• Voltajedirecto:menoroigualallímitedetoleranciasuperiordelADCporencimadelvoltajenominalpositivoderangocompletodelADC(amenudoVcc,yespecificadocomo3voltiossegúnsupregunta)yelADClímitedetoleranciainferiorpordebajodelvoltajedelsuelo.

  • Porlotanto,sisuADCde0-3voltiosestádiseñadoparanodañarseconentradasdehasta+4voltiosyhasta-1voltios,entonceselvoltajedirectomáximorequeridodeD1yD2esde1voltiocadauno,porloqueLosdiodosdesiliciode0.7voltiosquesemuestranenelesquemaseríanlosuficientementebuenos
  • LosdiodosSchottkygeneralmenteserecomiendannoparaVfbajo,sinoparauncambiorápido,yaquelosADCsmodernostípicamentepuedentolerarvoltajesdealmenosunoodosvoltiosporencimadeVcc,yunoodosvoltiospordebajodelsuelo.sindaño.
  • Enmuchoscasos,undiododesilicioestándarpodríasermásadecuadoqueunSchottkydecalificaciónsimilardebidoasumenorcorrientedefugainversa.

• Voltajederupturainverso:mayorqueelvoltajemáximoprevistoprobableenlaentradaADC,inclusoconconexioneserróneas.Estoraravezesunarestricciónconlosdiodosdeusocomún.

• Clasificacióndecorrientedediodohaciaadelante:suficienteparapoderservircomouncortocircuitoparaladiferenciadeseñalentrantedespuésdepasaratravésdelaresistenciaR.

  • Porlotanto,conunaentradade12voltiosenelpeordeloscasos,unrielpositivode3voltios,0,7voltiosVfparaD1yR=100ohmios,eldiododebepodermanejar83mAsinhumomágicosaliendo.Nohayescasezdediodosadecuadosquecumplanconesteparámetro.

Observequelosdiodosenelesquemaestánconectados"al revés" en comparación con los usos típicos de diodos:

La idea es que cuando Vin está dentro del rango {Vmax + Vf .. Vmin-Vf}, ambos diodos tienen polarización inversa y solo la corriente de fuga inversa marginal fluye a través de ellos.

Cuando Vin pasa por encima de Vmax + Vf, el diodo D1 conduce y corta la señal a la línea de voltaje superior.

Cuando Vin está por debajo de Vmin - Vf, D2 conduce y corta la señal a la línea de menor voltaje (o masa).

Se supone que los rieles de voltaje superior e inferior (tierra) están regulados con una impedancia lo suficientemente baja como para que puedan derivar el exceso de corriente del diodo de sujeción sin perturbación del voltaje regulado. Por lo tanto, el ADC nunca vería esos voltajes fuera de rango en Vout.

Espero que esto responda a sus preguntas.

La protección de diodos de las entradas está bien cubierta por las respuestas aquí y muchas referencias web.

Menos obvio es que la hoja de especificaciones tendrá las especificaciones "máximas absolutas" y las "especificaciones de operación". Este último puede denominarse "Condiciones de funcionamiento recomendadas". Debe entenderse que esto significa "recomendado si desea que su sistema funcione correctamente".

Las especificaciones que permiten que las clavijas se tomen fuera de los rieles de suministro están casi siempre en las especificaciones de "máximo absoluto" y NO en las especificaciones de "funcionamiento". Las especificaciones de "funcionamiento" casi siempre especifican voltajes que NUNCA se toman fuera de los rieles de suministro.

Si desea que su diseño SIEMPRE funcione, NUNCA debe permitir que sus pines de entrada se conduzcan fuera del rango de especificación operativa cuando estén en uso.

Las especificaciones máximas son los límites de destrucción del sistema. Existe una buena posibilidad de que si Vin supera las especificaciones de operación pero no las especificaciones máximas absolutas, el dispositivo puede funcionar mal. Esto puede ser un problema único en ese momento, o un problema que comienza cuando la entrada está fuera de especificación y continúa mientras la entrada permanece fuera de especificación, o puede comenzar cuando Vin está fuera de especificación y continúa hasta que el sistema esté completamente apagado . Un ejemplo obvio de esto último es un "bloqueo" completo de IC en el que el IC se vuelve gaga y no se recuperará hasta que se apague.

La entrada fuera de especificaciones en un pin ADC puede afectar las lecturas en otros canales ADC, tal vez una entrada ADC eléctricamente adyacente o todas. Esto puede ocurrir mientras Vin está fuera de especificación pero (con menos frecuencia pero es posible) permanece en este modo hasta que se reinicie.

En el peor de los casos, una entrada que cumpla con la especificación Abs max pero que falle la especificación de operación PUEDE provocar un mal funcionamiento del IC, incluso después de que el IC se haya apagado completamente, luego se vuelva a encender y reiniciar. He visto esto pasar. El IC puede permanecer non compus mentis durante muchos minutos después de haberse apagado por completo. Esto se debe a que la carga se inyecta a través de los diodos de "protección" en los nodos que normalmente no se controlan. He visto que esto sucede en circuitos integrados que se utilizan en diseños comerciales (incluido el mío :-(), por lo que se necesita un circuito anti-glitching especial para prevenir o recuperar la condición.

Nota: Muchas personas le dirán que es aceptable llevar los pines a los límites máximos durante las operaciones normales. Esto no es cierto si nunca desea resultados incontrolables. Si no le molesta si su sistema falla, se bloquea o camina de manera divertida, siga los consejos de las personas que dicen que está bien violar las especificaciones operativas.

• Siga siempre las recomendaciones de Absolute Maximum con cierto margen para la protección de entrada.
• Quizás busque consejos en sus Notas de aplicación.
• En general, las entradas ADC tienen una resistencia en serie y un límite de retención conmutado. de modo que la sobretensión estará limitada por la corriente a algún valor, pero agregar una resistencia en serie demasiado grande puede afectar la constante de tiempo de la muestra RC y causar un error de medición.
• Debido a los efectos de enganche del CMOS, nunca exceda los rieles de suministro (+/-) como se indica en las especificaciones.
• Si desea una protección de entrada adicional, agregue suficiente resistencia que pueda ser recortada por una resistencia externa y un diodo TVS de valor adecuado.

Hay otros factores a considerar, como el rechazo de modo común y las entradas diferenciales equilibradas para la inmunidad al ruido. Asegúrese de que su protección esté equilibrada si tiene una entrada diferencial protegiendo ambos lados por igual.

Estas son solo pautas generales. Sin detalles, solo puedo adivinar. Es posible que solo necesite un 1K ~ 10KOhm en serie con diodo interno / externo para proporcionar más protección de entrada.

Notas al margen.

Tenga en cuenta que la mejor inmunidad contra el ruido se produce cuando la impedancia de la fuente es baja utilizando filtros de estrangulación CM en par trenzado o entradas coaxiales con buenos filtros en el suministro, buen aislamiento de fuentes ruidosas y buena separación de tierra analógica y digital. Los ADC de tipo SAR tienden a ser más sensibles al ruido en los controladores integrados más que los ADC de integración de doble pendiente que son más lentos.