Ulazna zaštita digitalnih i analognih ulaza

[prasimix]

Unaprijed isprika za moguće "trivijalno" pitanje koje je možda već na više mjesta na forumu prodiskutirano, ali nisam ništa našao. Radim "reviziju" nekih prethodnih sklopova i došao sam do teme zaštite ulaza, kako analognih tako i digitalnih. Za analogni koji može biti od 0 - 2,5 V do sada sam koristio Analog-ov ADG465 koji ulaz klampuje na +/-Vcc umanjeno za Vtp=2 V dakle na +/3 V. (TVS od 18 V štiti sam ADG465 koji preživljava do 40-tak volti):



Međutim i zadnji od poznatih dobavljača (Farnell) više ga nema u ponudi. Sugerirana mi je zamjena sa MAX4505, koji ima istu funkcionalnost ali košta kako to inače znaju Maximove komponente.
Kako za neke razumne novce zaštiti analogni ulaz (ide dalje na 1:2 mux i onda na ADC)?

Za zaštitu digitalnog ulaza koji ide do MCU (a preko buffera/translatora razine) koristio sam ovo:



Ideja je da se drži ZD1, blizu okidanja tako da kada treba "povući" da to napravi vrlo brzo. Ovo izgleda malo nesimetrično, ne mogu reći da sam nešto puno testirao, ali za sada nije bilo problema . Svi komentari i prijedlozi su kao i obično više nego dobrodošli.

[prasimix]

Gledam DS od ADG465 gdje postoji kako kaže pojednostavljena šema zaštitnog sklopa. Pitam se je li prikazano dovoljno za funkcionalnu zaštitu, odnosno ima li smisla sa diskretnim elementima (4 mosfeta) staviti istu na analogni ulaz? To troši više mjesta na PCB, ali to u dosta slučajeva neće predstavljati problem.

[vojinilic]

@prasimix,

ja zastitu analognih i diskretnih ulaza radim na sledeci nacin. Prvo postavljam serijski otpornik vecih dimenzija, tipa 1206 zbog vece snage, pa onda prema masi postavljam bidirekcioni TVS napona malo iznad ulaznog napona zeljenog ulaza. TVS biram prema nameni uredjaja koji projektujem, odnosno tacno znam koje standarde taj uredjaj mora da prodje i prema tim standardima biram TVS. Paralelno sa TVS dodajem jos jedan kondenzator, koji vise ima filtersku ulogu. Tek posle toga postavljam clamp diode. Taj sistem je dosta puta prosao EMC/ESD testove i nikada nije bilo problema.
Nikada nisam koristio aktivne zastite kao ADG, tako da ne mogu nista konkterno da ti kazem za taj vid zastite. Koliko mogu da vidim na brzinu, nigde ne pise za koji standard se preporucuje to kolo. Npr. ako pogledas data sheet od nekog TVS-a, kao npr:
http://www.littelfuse.com/products/tvs-d...dj14a.aspx
videces tacno za sta je od predvidjen i te testove sigurno prolazis.
Opet ponavljam, pitanje je za sta ti konkretno treba.

[mikikg]

Dodatno je vrlo pozeljno da se samo napajanje MCU klampuje posto vec "odvodimo" visak napona u napajanje.
Bez TVS na napajanju nema ko da "pokupi" taj napon ...
Imaju u Farnell-u 3V3 unipolarne TVS, taman za napajanje ...

[vojinilic]

Dodatno je vrlo pozeljno da se samo napajanje MCU klampuje posto vec "odvodimo" visak napona u napajanje.
Bez TVS na napajanju nema ko da "pokupi" taj napon ...
Imaju u Farnell-u 3V3 unipolarne TVS, taman za napajanje ...

To je sigurno, samo ovde sam pricao konkretno o ulazima. Inace i ova informacija je bitna. Kada smo kod napajanja, takodje pozeljno odvojiti galvanski ako je moguce analogno od digitalnog, a ako nije ili nema potreba, onda postaviti posebna napajanja, a mase im spojiti u jednu tacku. Za ove stvari su dobre tzv. net tie ili tie net, zavisno od toga koji se alat koristi za projektovanje PCB-a.

[prasimix]

Dodatno je vrlo pozeljno da se samo napajanje MCU klampuje posto vec "odvodimo" visak napona u napajanje.
Bez TVS na napajanju nema ko da "pokupi" taj napon ...
Imaju u Farnell-u 3V3 unipolarne TVS, taman za napajanje ...

To je sigurno, samo ovde sam pricao konkretno o ulazima. Inace i ova informacija je bitna. Kada smo kod napajanja, takodje pozeljno odvojiti galvanski ako je moguce analogno od digitalnog, a ako nije ili nema potreba, onda postaviti posebna napajanja, a mase im spojiti u jednu tacku. Za ove stvari su dobre tzv. net tie ili tie net, zavisno od toga koji se alat koristi za projektovanje PCB-a.

Analogni i digitalni ulazi su mi odvojeni, na zasebnim su PCB sa odvojenim napajanjima. Zaštita za digitalne ulaze kako je trenutno izvedena nema odvod viška u napajanje, ali sam predvidio dodati TVS za MCU. Tu imam +5V koji se spušta sa LDO na +3V3, pa bi TVS mogao ići i na tih +5V.

[mikikg]

Ja stavljam i na 5V i na 3V3 TVS iako su stabilizatori na red jer u svakom slucaju ti naponi moraju da se drze strogo u nekim granicama.

Cak i ove 3V3 TVS treba dobro testirati i to prakticno makar spalili neki probni MCU, da znas tacno koliko napona ce dati pri kojoj struju a kada potrosac vuce toliko ...

Mislim da nemaju TVS za manje napone od 3V3, ako neko nadje neka javi ...

---

PS: Off-topic, ovo me podseti na programesrke "probleme" koji se nekako resavaju, sutuacija je ekvivaletna parcetu code-a koji si napisao neku funkcija ili slicno i ispod odmah sledeca funkcija koja provera da li je stvarno to uradjeno iako na izgled deluje da "ne moze da omasi", stavalju se Assert funkcije koje kada je sve OK kao da ih nema ali kada se desi problem zakuca se tu i blokira dalje izvrsavanje programa (osim ako nije u posebnom thread-u)

[vojinilic]

Mislim da nemaju TVS za manje napone od 3V3, ako neko nadje neka javi ...

https://www.semtech.com/products/circuit...Clamp2502L

Ima ih, samo zavisi koja je tacno namena.

Imas ih npr. za antene na 2.4GHz
http://www.littelfuse.com/products/polym...10402.aspx

[mikikg]

Hmm, ovo je super za signalne linije, da li ima nesto u stilu dioda, malo jace da mogu za napajanje?

[prasimix]

PS: Off-topic, ovo me podseti na programesrke "probleme" koji se nekako resavaju, sutuacija je ekvivaletna parcetu code-a koji si napisao neku funkcija ili slicno i ispod odmah sledeca funkcija koja provera da li je stvarno to uradjeno iako na izgled deluje da "ne moze da omasi", stavalju se <b>Assert</b> funkcije koje kada je sve OK kao da ih nema ali kada se desi problem zakuca se tu i blokira dalje izvrsavanje programa (osim ako nije u posebnom thread-u)

Da, s time što u "hardverskom" slučaju je samo pitanje trenutka kada će netko pospan, nevješt, i sl. dovesti nedozvoljeni napon na ulaz . Ne staviti zaštitu i pozivati se na kasnije na nečitanje "korisničkih uputstva i specifikacija" bi trebala biti neprihvatljiva praksa osim kada recimo štancaš u Kini nešto što košta manje od transporta (a i on zna često biti besplatan).

[prasimix]

Recimo da napravim analogni ulaz sa 2 x 470R (za postizanje većeg razmaka) i spustim na Gnd TVS 3V3 sa paralelnim kondenzatorom ima li smisla stavljati ispred svega mali polyfuse of 50 mA (manji nisam našao).

[vojinilic]

Recimo da napravim analogni ulaz sa 2 x 470R (za postizanje većeg razmaka) i spustim na Gnd TVS 3V3 sa paralelnim kondenzatorom ima li smisla stavljati ispred svega mali polyfuse of 50 mA (manji nisam našao).

Mislim da polyfuse nema nikakvog smisla stavljati na analogni ulaz, jer imas serijski otpornik. Ako dodje do kratkog spoja na TVS-u, pri max ulaznom naponu od 5V, struja je 10mA. Snaga koja se disipira na 470R je 47mW. Otpornik u 1206 kucistu ti zavrsava posao. Predvidi najgori moguci slucaj, pa vidi. Ja licno ne stavljam jer dimenzionisem ulazne otpornike tako da izdrze disipaciju u najgorem mogucem slucaju, tj. pri pregorevanju TVS-a. On kada pregori, on je u kratkom spoju, tako da je to najgori moguci slucaj.

[vojinilic]

Hmm, ovo je super za signalne linije, da li ima nesto u stilu dioda, malo jace da mogu za napajanje?

Pogledacu. Trebalo bi da postoji nesto za 1.8V ili tako niske radne napone MCU-ova i CPU-ova.

[mikikg]

Polyfyse je zgodan samo za napajanje, problematican je zbog logike stavljati ga na I/O bez feadback da je u prekidu ...

[prasimix]

Dobro, za analogni ulaz ću probati kako radi sa SLVU2.8-TP. Vjerujem da će to biti u redu za štititi 0-2,5 V.

[vojinilic]

Dobro, za analogni ulaz ću probati kako radi sa SLVU2.8-TP. Vjerujem da će to biti u redu za štititi 0-2,5 V.

Uzmi bidirekcioni.

[prasimix]

Dobro, za analogni ulaz ću probati kako radi sa SLVU2.8-TP. Vjerujem da će to biti u redu za štititi 0-2,5 V.

Uzmi bidirekcioni.

Treba li mi budući da ulazni signal nije bipolaran (i ne smije ni biti!)?

[vojinilic]

Dobro, za analogni ulaz ću probati kako radi sa SLVU2.8-TP. Vjerujem da će to biti u redu za štititi 0-2,5 V.

Uzmi bidirekcioni.

Treba li mi budući da ulazni signal nije bipolaran (i ne smije ni biti!)?

Ako ulazni signal u kontaktu sa spoljnim svetom, onda ti treba. Ako je samo deo kola, onda ti ne treba. Nisi nigde opisao sta je u pitanju.

[prasimix]

Dobro, za analogni ulaz ću probati kako radi sa SLVU2.8-TP. Vjerujem da će to biti u redu za štititi 0-2,5 V.

Uzmi bidirekcioni.

Treba li mi budući da ulazni signal nije bipolaran (i ne smije ni biti!)?

Ako ulazni signal u kontaktu sa spoljnim svetom, onda ti treba. Ako je samo deo kola, onda ti ne treba. Nisi nigde opisao sta je u pitanju.

Pa ide na konektor na prednju ploču na koju se kači vanjski kontrolni signal koji može biti u granicama 0-2,5 V. Zar unidirectional ne reže odmah sve što je negativno osim diode drop na njemu? (tih cca. -0,3 do -0,5 V je u redu, neće spaliti ulaz ADCa).

[vojinilic]

TVS je ESD zastita i uglavnom se koristi da zastiti liniju od elektrostatickog praznjenja. Koliko vidim ti tu ne bi trebao da imas elektrostaticko praznjenje, vec ti treba ogranicavanje napona na min/max vrednost. Tu su dovoljne clamp diode, a TVS ti ne treba. Dovoljan ti je RC.