Protección ESD de entrada ADC

Quiero proteger una entrada ADC MCU (PIC18F67J60) (0 a 3.3V) contra sobretensiones de ESD.

He visto diferentes enfoques y tengo algunas dudas sobre cuál sería el método preferido. O posiblemente solo pros y contras de cada método.

Los métodos son:

• Un diodo TVS con el voltaje de funcionamiento inverso correcto conectado a tierra.

• Dos diodos schottky: uno entre V + y entrada adc, uno entre GND y entrada adc.

Que elegir

Hay varios métodos para hacer, y un enfoque exitoso generalmente requiere varios de ellos al mismo tiempo. Son:

1. Use una chispa en la PCB misma. Esto normalmente se hace usando dos almohadillas en forma de diamante en la PCB separadas por aproximadamente 0.008 pulgadas o menos. Esto no se puede cubrir con máscara de soldadura. Un pad está conectado a GND (o mejor aún, tierra del chasis) y el otro es la señal que desea proteger. Ponga esto en el conector de donde viene. Esta brecha de chispa en realidad no funciona muy bien, ya que solo podría reducir el voltaje de ESD a aproximadamente 600 voltios, más o menos debido a la humedad y la suciedad en la PCB. El propósito número 1 para esto es eliminar la posibilidad de que una chispa salte a través de otros dispositivos de protección como diodos y resistencias. No puede usar una chispa solo y esperar que las cosas funcionen.
   
   
   Un ejemplo de una brecha de chispa PCB.
   Fuente NXP AN10897 Una guía de diseño para ESD y EMC. Rvdo. 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 permitirá ninguna resistencia, o a veces puede salirse con la suya con algo tan grande como 10K ohmios. Un cordón 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 la punta, 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). Con suerte, estos desviarán cualquier pico al poder o al plano de tierra. Coloque estos diodos entre sus componentes sensibles y su resistencia en serie desde el n. ° 2. Podrías usar un TVS 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, colóquelo entre la resistencia de la serie y el chip. Para obtener el mejor filtrado 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. Tenga eso en cuenta al diseñar su circuito.

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

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

Permítanme profundizar en la chispa por un momento. Digamos que una resistencia en un paquete 0402 era toda la protección que tenía, y entra un pico. Incluso si esa resistencia es de 1 megaohmio, el pico podría saltar a través de esa pequeña resistencia (evitando efectivamente la resistencia) y aún así matar su chip . Dado que la brecha en la chispa es menor que la distancia entre las almohadillas de la resistencia, es más probable que el pico ESD salte a través de la chispa que la resistencia. Por supuesto, podría usar una resistencia con más distancia entre las almohadillas, y eso está bien en algunos casos, pero aún tiene la energía allí con la que tiene que lidiar. Con una chispa, disipa parte de esa energía ESD, aunque no la disipe lo suficiente como para que sea 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 una gran cantidad de circuitos a los transitorios de entrada. Un enfoque que evita ambos problemas es tener un "suministro" separado que se usa solo para la sujeción, como se muestra aquí . Tenga en cuenta que a pesar de la impedancia de entrada de un mega, casi no aparece voltaje en la resistencia de un mega. Tenga en cuenta además que incluso un volcado de corriente del tamaño de un monstruo (haga clic en el interruptor) colocará menos de un miliamperio en el suministro.