¿Cómo protege un circuito de sujeción de diodos contra sobrevoltaje y ESD?

El circuito protege contra sobrevoltaje y ESD sujeto a ciertas condiciones. La suposición principal es que Vd es "rígido" en comparación con la fuente de energía en Vpin. Esto suele ser cierto para Vd = fuente de alimentación de, digamos, 1 A + capacidad y Vpin es una fuente de señal típica. Si Vpin es, por ejemplo, una batería de automóvil, todas las apuestas pueden estar canceladas en cuanto a cuánto tiempo pasará antes de que se destruya D3. .

Como se muestra, la entrada Vpin está conectada a Vdd a través del diodo D3. O bien
: la entrada se sujetará a una caída de diodo por encima de Vd porque la fuente no tiene suficiente energía para aumentar el voltaje de Vd o
- Vd aumentará cerca de Vpin, solo si Vpin es mucho "más rígido" que Vd. Por lo general, no, o
- D3 se destruirá como fuente de energía y se hundirá.

Es habitual agregar una pequeña resistencia, digamos de 1k a 10k entre Vpin y la unión D2 D3.

Vpin ahora debe caer ~= Vpin-Vd a través de la resistencia.

ESD: el mismo circuito funciona de la misma manera para ESD, que es "solo" una fuente de energía de mayor voltaje y menor energía (espera). Nuevamente, una resistencia de entrada en serie ayuda. Aspectos como el tiempo de subida y la energía disponible y posiblemente incluso el tiempo de respuesta del diodo se vuelven importantes.

Está olvidando que estas fuentes de voltaje son "ideales". Entonces, si su entrada es de 20 V directamente desde un suministro, siempre será de 20 V.

Lance una resistencia en serie allí y podrá ver cómo funciona.

Usé LTspice para modelar el circuito.

R1 es la resistencia de entrada para algún pin IC.

Hice un barrido de CC de -10 V a 10 V con incrementos de 1 V.

Como puede ver, cuando empiezo a superar los 5,7 V, R1 solo ve ~5,7 V.

Los ESD tienen un voltaje mucho más alto y duran solo un breve momento, pero esto debería demostrar la protección.

Cuándo$V_{pin} > V_{dd}+0.7$, o cuando$V_{pin} < -0.7$, uno de los diodos comenzará a conducir. El exceso de voltaje (cualquier cosa por encima de 5,7 V o por debajo de -0,7 V) pasa a tierra o vuelve al suministro.

La prueba ESD puede subir hasta +8kV o bajar hasta -8kV. Cuando ocurre una descarga de +8kV, la corriente fluirá a través de D3 e intentará neutralizarse. Cuando sucede -8kV, la corriente fluirá a través de D2.

En la aplicación del mundo real, el suministro de VDD y VSS está muy lejos. Cuando ocurre una ESD, el pico salta de la traza VDD (o VSS) e interfiere con otros componentes.

Para minimizar esta característica no deseada, agregue siempre un límite máximo entre VDD y VSS; más cercano a D2 y D3.

"Cuando Vin> Vcc + 0.7, o cuando Vin <-0.7, uno de los diodos comenzará a conducir. El exceso de voltaje (cualquier cosa por encima de 5.7 o por debajo de -0.7 pasa a tierra o vuelve al suministro "Creo que esta explicación de efox29 prácticamente responde a su pregunta.

Tu imagen es algo engañosa. Es de esperar que el nodo Vpin donde tiene escritos 20V nunca alcance los 20V. A medida que Vpin comienza a aumentar de voltaje (en su camino hasta 20 V), tan pronto como supere el voltaje Vdd (5 V + 0,7), el diodo D3 conducirá y enviará la mayor parte de la corriente al nodo Vdd y Vpin no lo hará. obtenga un voltaje más alto.

Del mismo modo, D2 sujetará el voltaje Vpin para que no sea nada menos que Vss

el trabajo del suministro de riel Vdd es mantener la diferencia de potencial entre Vdd y tierra en 5V. si intenta hacer que vdd sea mayor que 5v enviando corriente al nodo vdd, el suministro del riel de Vdd pasará esta corriente adicional que envió a tierra de modo que vdd permanezca en 5v. si realmente exigió que el nodo vin esté a 20v (con respecto a tierra), entonces tiene dos fuentes que exigen voltajes diferentes para el mismo nodo (creo que lo llaman "contienda de fuente"). Si la fuente de 20 V en Vin es lo suficientemente fuerte como para suministrar más corriente de la que puede hundir el riel vdd de 5 v (y esto tendría que ser mucha corriente, y D3 probablemente fallaría con tanta corriente), entonces el nodo Vdd ser forzado a ser 19.3V por el suministro de 20V vin.