Protección ESD de entrada ADC

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

1. Utilice una vía de chispas en la propia placa de circuito impreso. Esto normalmente se hace utilizando 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. Una almohadilla está conectada a GND (o mejor aún, a tierra del chasis) y la otra es la señal que desea proteger. Pon esto en el conector de donde viene. Este espacio de chispa en realidad no funciona muy bien, ya que solo puede reducir el voltaje de ESD a aproximadamente 600 voltios, más o menos MUCHO debido a la humedad y la suciedad en la PCB. El propósito número 1 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 un espacio de chispas solo y esperar que las cosas funcionen.
   
   
   Un ejemplo de una vía de chispas de PCB.
   Fuente NXP AN10897 Una guía para diseñar para ESD y EMC. Rvdo. 02(fig.33 interior).

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, oa veces puede salirse con la suya con algo tan grande como 10K ohmios. 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 del 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). Con suerte, estos desviarán cualquier pico al plano de alimentación o de tierra. Coloque estos diodos entre sus componentes sensibles y su resistencia en serie del n. ° 2. Podría 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 ESD, colóquelo entre la resistencia en serie y el chip. Para un mejor filtrado de EMI, colóquelo entre la resistencia y su conector. Dependiendo de su señal, esto podría no funcionar bien. Este límite 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.

Cada situación probablemente requerirá una combinación diferente de estas 4 cosas.

Si su entrada ADC es bastante lenta, entonces iría con un espacio de 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).

Permítanme elaborar sobre la brecha de 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 (sin pasar por alto la resistencia) y aún así matar su chip . Dado que el espacio en el espacio de chispa es más pequeño que la distancia entre las almohadillas de la resistencia, es más probable que el pico ESD salte a través del espacio de chispa que la resistencia. Por supuesto, podría usar una resistencia con más distancia entre los pads, y eso está bien en algunos casos, pero aún tiene la energía con la que tiene que lidiar. Con un espacio de chispas, disipa parte de esa energía ESD, aunque no la disipa 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 fuga, 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 sujetar, 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) pondrá menos de un miliamperio en el suministro.