Protection ESD de l'entrée ADC

Je veux protéger une entrée ADC MCU (PIC18F67J60) (0 à 3,3 V) contre les surtensions ESD.

J'ai vu différentes approches et je doute que ce soit la méthode préférée. Ou simplement des avantages et des inconvénients de chaque méthode.

Les méthodes sont les suivantes:

• Une diode TVS avec une tension de travail inverse correcte connectée à la terre.

• Deux diodes schottky: une entre V + et une entrée adc, une entre GND et une entrée adc.

Que choisir?

Il existe plusieurs méthodes et une approche réussie nécessite généralement plusieurs d'entre elles en même temps. Elles sont:

1. Utilisez un éclateur sur le PCB lui-même. Ceci est normalement fait en utilisant deux tampons en forme de diamant sur le PCB séparés d'environ 0,008 pouces ou moins. Cela ne peut pas être couvert de soldermask. Un pad est connecté à GND (ou mieux encore, la masse du châssis) et l'autre est le signal que vous souhaitez protéger. Mettez-le au connecteur d'où il vient. Cet éclateur ne fonctionne pas très bien car il ne peut que réduire la tension ESD à environ 600 volts - donnez ou prenez beaucoup à cause de l'humidité et de la saleté sur le PCB. Le but n ° 1 de cela est d'éliminer la possibilité d'une étincelle sautant à travers les autres dispositifs de protection comme les diodes et les résistances. Vous ne pouvez pas utiliser un étincelle seul et vous attendre à ce que les choses fonctionnent.
   
   
   Un exemple d'éclateur PCB.
   Source NXP AN10897 Guide de conception pour ESD et EMC. tour. 02 (fig.33 à l'intérieur).

2. Une résistance série entre l'étincelle et vos composants sensibles. Cette résistance doit être aussi grande que possible sans interférer avec votre signal. Parfois, votre signal ne permet aucune résistance, ou parfois vous pouvez vous en sortir avec quelque chose d'aussi grand que 10K ohms. Une perle de ferrite pourrait également fonctionner ici, mais une résistance est préférée si possible car une résistance a des performances plus prévisibles sur une plage de fréquences plus large. Le but de cette résistance est de réduire le flux de courant de la pointe, ce qui peut aider à protéger les diodes ou d'autres appareils.

3. Diodes de protection (l'une connecte votre signal à GND et l'autre à VCC). Nous espérons que ceux-ci shunteront tous les pics du plan d'alimentation ou du sol. Mettez ces diodes entre vos composants sensibles et votre résistance série de # 2. Vous pouvez utiliser un téléviseur ici, mais ce n'est pas aussi bon que les diodes normales.
4. Un plafond de 3 nF entre votre signal et GND (ou Chassis Gnd) peut aider à absorber considérablement tout pic. Pour une meilleure protection ESD, placez-la entre votre résistance série et votre puce. Pour un meilleur filtrage EMI, placez-le entre la résistance et votre connecteur. Selon votre signal, cela peut ne pas fonctionner correctement. Ce capuchon et la résistance série formeront un filtre passe-bas qui pourrait affecter négativement la qualité du signal. Gardez cela à l'esprit lors de la conception de votre circuit.

Chaque situation nécessitera probablement une combinaison différente de ces 4 éléments.

Si votre entrée ADC est assez lente, j'irais avec un éclateur, une résistance de 500 à 1k et peut-être un capuchon. Si vous avez de la place sur le PCB, les diodes ne seraient pas mauvaises non plus (mais elles sont toujours excessives).

Permettez-moi de vous expliquer un instant l'étincelle. Disons qu'une résistance dans un boîtier 0402 était toute la protection que vous aviez, et qu'un pic arrive. Même si cette résistance est de 1 mégohm, le pic pourrait sauter à travers cette petite résistance (en contournant efficacement la résistance) et tuer toujours votre puce . Étant donné que l'écart dans l'éclateur est inférieur à la distance entre les plots de la résistance, la pointe ESD est plus susceptible de sauter à travers l'éclateur que la résistance. Bien sûr, vous pouvez simplement utiliser une résistance avec plus de distance entre les pads, et c'est OK dans certains cas, mais vous avez toujours l'énergie à laquelle vous devez faire face. Avec un éclateur, vous dissipez une partie de cette énergie ESD, même si vous ne la dissipez pas suffisamment pour la rendre bénigne. Et surtout, ils sont GRATUITS!

Un problème avec une diode TVS est qu'elle peut parfois avoir une certaine quantité de fuite, ce qui peut affecter les lectures ADC provenant d'une source à haute impédance. Les diodes vers la "vraie" entrée VDD n'ont pas ce problème, mais peuvent être dangereuses car elles exposent beaucoup de circuits aux transitoires d'entrée. Une approche qui évite ces deux problèmes est d'avoir une "alimentation" séparée qui n'est utilisée que pour le serrage, comme illustré ici . Notez que malgré l'impédance d'entrée d'un méga, presque aucune tension n'apparaît aux bornes de la résistance d'un méga. Notez en outre que même une décharge de courant de taille monstre (cliquez sur le commutateur) mettra moins d'un milliampère dans l'alimentation.