Kysymys:
Multipleksoidun ADC: n ylijännite- ja vastajännitesuoja jännitteen seuraajalla
macdonaldtomw
2016-11-26 01:35:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Suunnittelen suojapiiriä suunnitteluni ADC-osalle.

MCU: n yksi nasta lukee 8 analogista signaalia 8-kanavaisen multiplekserin kautta. Kukin analogisignaali kulkee jännitteenjakajan läpi siten, että virta maahan on noin 1 mA ennen kuin ne syötetään multiplekseriin. Multiplekserin ulostulo syötetään jännitteen seuraajaksi määritettyyn op-vahvistimeen (puskuri vahvistuksella 1), jotta ADC-tulon kiristysdiodien vuotovirta ei vaikuta ADC-lukemaan.

ADC on aluksella ARM MCU, joka sietää jännitteitä -0,3-3,3 V.

Haluaisin lisätä jonkinlaisen negatiivisen jännitteen ja ylijännitesuojapiirin ennen multiplekseria suojaamaan sekä sitä että op-vahvistinta. Mielestäni paras ehdokas olisi käyttää kiinnitysdiodisarjaa jokaisessa multiplekseriin menevässä signaalissa. Tämä merkitsisi yhteensä 16 yksittäistä diodia (2 kullekin ADC-kanavalle). Sitten kukin analogisen signaalin polku näyttäisi tältä:

schematic

simuloi tätä virtapiiriä - Kaavio luotu käyttämällä CircuitLab

Ihannetapauksessa tämä mahdollistaisi laajan AC- tai DC-analogisignaalin syöttämisen jännitteenjakajaan (vasemmalla). Suunnitteluni mukaan se sietäisi -230-600 V AC- tai DC-analogisignaalia.

Sen sijaan, että juotin 16 erillistä Schottky-diodia piirilevyni päälle, toivoin yksinkertaisesti käyttävänni työn tekemiseen TVS-diodiryhmää. Halusin käyttää PUSB2X4Y -sovellusta tässä sovelluksessa. Koska siinä on 4 kiinnityskanavaa, voisin yksinkertaisesti käyttää kahta näistä jännitteiden kiinnittämiseen jokaiselle kyseessä olevalle kahdeksalle analogiselle kanavalle.

Datalehdessä ei määritetä, kuinka paljon jatkuvaa virtaa kukin diodi kestää, joten en ole varma, toimiiko osa vai ei.Jokainen TVS-diodiryhmä, jota olen katsonut Digikeyssa, listaa vain pulssivirran, jota kukin diodi kestää ... ei vakio.Kukaan tietää, mitä pallopaikan hahmoa suunnitellaan vakiovirran edessä?Onko yleistä käytäntöä olla käyttämättä TVS-diodiryhmiä ja valita lukuisia erillisiä Schottkyjä työn suorittamiseksi?

Toinen asia, josta en ole varma, on vuotovirran huomioon ottaminen."Poistako D1: n kautta kulkeva vuotovirta normaalissa käytössä D2: n kautta vuotavan virran vai vaikuttaako se lopulta multiplekseriin syötettävään jännitteeseen?Sama kysymys D4: n ja D5: n kanssa, vaikka en ole huolissani näistä vuotovirroista, koska minulla on op-amp-puskurointi kyseiselle tulolle.

üks vastaus:
Neil_UK
2016-11-26 02:19:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Parempi käyttää piidiodeja D1: lle ja D2: lle schottkien sijaan vuototilanteissa. Tiedän, että heidän Vf on suurempi, paperilla todennäköisesti ylittäen maksimimux-tulojännitteen, mutta niiden vuoto on suuruusluokkaa pienempi. Jotkut piidiodit mainostetaan pieninä vuotoina. Ei ole kuitenkaan mitään järkeä pyrkiä vuotoon, joka on pienempi kuin muxisi tarjoama. Huomaa, että sekä diodi- että muxivuotovirrat pyrkivät kasvamaan eksponentiaalisesti lämpötilan mukana, joskus kamalan näköinen tietolomakkeen luku pahimmissa lämpötiloissa on OK, jos käytät järjestelmää vain ympäristössä.

Käytä diodipuristimen ja mux-tulon välistä vastusta rajoittamaan virtaa muxien suojadiodeihin, kun D1 tai D2 on kiinnittynyt.

Kaikki multiplekserit eivät ole tasa-arvoisia, joillakin on vahva tulonsuojaus, koska ne on suunniteltu tämäntyyppiseen käyttöön. Jotkut tarkentavat, että sisääntulosuoja-didonsa voivat sietää suurta virtaa. Tee laaja haku ja lue datalehdet huolellisesti.

Älä oleta, että vuotovirrat poistuvat. Vuoto on hallitsematon parametri.

Älä unohda käyttää asianmukaista jänniteluokitusta R3: lle, yhteinen tai puutarhavastuksesi on yleensä hyvä vain 200 voltin jännitteelle. Käytä useita sarjassa tai yhtä luokiteltu paljon suuremmalle jännitteelle, ne eivät ole liian kalliita. 1500 voltin piikit ovat yleisiä verkkovirrassa.

Jotain PUSB2X4Y: n tapaan on vahvistimissa pulssimääritykset. Jos se voi ottaa mikrosekunnin pulssin 4,5A tyypillisesti 3,8v: n yli sen, voit olettaa, että se vie 10s mA koko päivän, joka päivä, ilman hämmennystä.

Jos et ole havainnut Matthew'n kommenttia alla, luulen, että hän ehdotti vasemmanpuoleisessa kaaviossa takaisinkytkettyjä diodeja puskurin op-amp: n kautta.

schematic

simuloi tätä virtapiiriä - Kaavio luotu käyttämällä CircuitLab

Vaikka op-amp-ulostulon voidaan ajatella olevan virtaa paremmin kykenevä kuin sisääntulot, siinä on silti substraattidiodit ja suurin virtamääritys, joten se tarvitsee myös itse suojausta. Joissakin vahvistimissa on jopa tulot, jotka on määritelty hyvin kiskon ulkopuolelle sisääntulosuojausta varten, mutta lähtötapissa on vain 0,3 V: n ylijännite ja rikkaruohot.

Siitä lähtökohdasta eteenpäin periaatteeni näkyy oikealla. Diodijono D3-6 tarjoaa jännitteen kiinnityksen kiskojen "ulkopuolelle", R2 suojaa diodeja, R4 suojaa vahvistintuloa, R3 suojaa vahvistimen lähtöä ja käynnistää jännitteen diodien D4 ja D5 välillä niin että niiden vuoto tuloon on minimaalista. Tällaisella bootstrappingilla diodit voivat olla melkein mitä tahansa, jopa suuria rufty-tufty-pomminkestäviä tasasuuntaajia.

Kaksi sarjassa olevaa diodia viittaavat siihen, että asettelussa on noudatettava varovaisuutta, jos suojan halutaan ulottuvan nopeasti pulsseihin. Harkitse SOT-23 BAV99: tä, kaksi sarjadiodia yhdessä paketissa, parin D3,4 ja D5,6 toteuttamiseksi. Ne on määritetty jatkuvaksi> 100mA, tyypillinen 10mS pulssi 800mA, joka kaikelle kohtuulliselle R2: lle kuulostaa riittävältä. BAT754S on vaihtoehto schottkyssä. Samanlaiset virrat, mutta paljon pienempi kiristysjännite.

Et todellakaan tarvitse op-vahvistinta kanavaa kohden, jos multiplekserivuotosi on riittävän alhainen. Alareunan piiri näyttää yhden puskurin, joka seuraa muxia, joka ajaa kaikkia tulonsuojadiodeja. Huomaa, että multiplekserin vuoto näkyy vahvistimen tulossa, kun taas kanavakohtaisen puskurin käyttö eliminoi mux-vuotot.

On-kanava saa oikean käynnistysjännitteen. 'Pois' -kanavat saavat todennäköisesti väärän jännitteen, ja 'sisäiset' suoja-diodit voivat hyvin johtaa. Tämä ei ole mittausongelma, koska haluamasi kanava on oikea. Se voi olla tai ei, voi olla ongelma sille, mikä ajaa näitä tuloja, jos nimellisesti korkean impedanssin tulomme karkotetaan eri jännitteelle. Jos oletamme, että se on hyvin heikko virtalähde (olemme huolissamme vuodoista, joten tiedämme, että se ei ole matalan impedanssin lähde), jolla on suuri kapasitanssi maahan, voi kestää kauan, kun tulo on valittu, ennen kuin jännite on palannut takaisin oikea arvo.

  Todelliset vuotomittaukset diodeille 15 ° C: ssa.
diodi -2 / -5v vuotokaltevuus yli +/- 10mV
----- -------------- ------------------------------
1N4148 4nA 30Mohm
BAT42 35nA 1Mohm
BAS116 <10pA (30v) >>20Gohm
 

BAS116-johtuminen jatkui 40pA 300mV, 45nA 450mV, 16uA 640mV. BAS116 typ / max -ominaisuudet lämpötilassa 25 ° C on 3pA / 5nA ja 3n / 80n 150 ° C: ssa.

Tämä tarkoittaa sitä, että siinä lämpötilassa ja oletettaessa käänteinen vuoto vaihtelemalla kertoimella 2 ylös ja alas ja 3 mV: n jännitteen seuraajaan, voit olettaa seuraavan vuoton.

  -diodi ei bootstrap-käynnistystä
----- ------------ ------------
1N4148 6nA 1pA
BAT54 50nA 3nA
BAS116 <10pA <<10pA
 

Tein nämä mittaukset 8 puntaa painavalla mittarilla, jonka tulovastus on 10 M ja alue 200 mV, joten 10 pA / LSB ei ole vaikeaa (ei selvästikään pysty erottamaan 0: n ja 10 pA: n välillä!). Ehdotan, että teet saman valitsemiesi diodien kanssa ja korkeammissa lämpötiloissa.

Kiitos nopeasta vastauksesta.Tiedätkö piidiodiryhmistä?Vai katsonko vain 16 erillisen piidiodin käyttöönottoa?
Minulla on tapana käyttää kaksoiskappaleita SOT-23: ssa, kuten BAV99, ne ovat pieniä ja halpoja ja sisältävät kaksi sarjaan kytkettyä diodia.
Jos olet todella huolissasi vuodoista, käytä puskuria jokaisessa analogisessa signaalissa ja kiinnitä se kyseiseen lähtöön taaksepäin olevilla diodeilla (jotka voivat sitten olla schottky).Normaalilla alueella diodien läpi ei virtaa virtaa, koska niiden poikki on vain 1-10 mV.Se on toiminut minulle hyvin aiemmin.
@Matthew mikä todella hyvä idea, R2R-tulopuskurit ovat joka tapauksessa hyödyllisiä.Olen juuri ostanut joitain LMC6482: ta, jotka eivät ole liian kalliita ja joilla on sqrt (kaikki) -tulovirta (yksinumeroinen pA lämpötilassa, 10 s fA ympäristössä).Jos niiden lähtö menee R2R-diodeille suojaamaan sitä ympäriltään, pari diodia tuloon suojaa sitä ilman vuotoja, Erinomainen.
@Neil_UK Juuri sitä ehdotin.Pidän perusideesi laajennuksesta.
@Neil_UK Neil, kiitos Matthew'n idean kehittämisestä, näyttää kovalta!En ole varma, mitä tarkoitat sanomalla "Et todellakaan tarvitse op-amp-vahvistinta kanavaa kohden, jos multiplekserivuotosi on riittävän alhainen ..... voit käynnistää palautepalautteen kaikille tulosuojadiodeillesi."Ymmärrän kuinka piirtämäsi piiri toimisi jokaiselle yksittäiselle tulolle, mutta en ole varma kuinka laajentaa sitä kaikkiin tuloihin.Tarvitsenko 8 piirtämääsi piiriä?Näen itseni käyttävän op-vahvistinta ja kahta diodia kanavaa kohti Matthew'n ajatuksen mukaan, mutta olisin epäröivä heittää kaksi ylimääräistä vastusta ja diodia per.
@macdonaldtomw Oletko kirjautunut ulos MAX328: sta?Laitoin "vähän vuotaa mux" google.He ehdottavat, että puolen watin sarjan 40 k: n vastuksella se on suojattu jatkuvaan 120 voltin verkkoon ilman muita komponentteja.Suurin tulovirta 40mA, joten sietää suurempaa ESD: tä.
@Neil_UK Hei, nyt se näyttää aika hyvältä!Ainoa ongelma on, että tarvitsen suojaa, joka pitää jännitteet kiristettynä -0,3 - +5 volttiin, mutta että MUX tarvitsee vähintään 10 volttia kiinnityskiskojensa välillä.
Jotain NLAST4051-tyyppistä saattaa toimia paremmin: http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/NLAST4051-D.PDF
Kyllä, se ei ole huono.Se riippuu siitä, haluatko 100pA vai 10pA max vuotovirran.Vuotojen RDSon-arvon suhteen NLAST-tulos on parempi.Hyvä löytö.
Ainoa huoleni siitä, että luotan itse MUX-laitteeseen, on se, että lomakkeet eivät osoita minkätyyppistä sisäistä suojaa ... vain viittaavat vuotovirran numeroihin.Teoriassa luulen, että sisäinen suojaus kiinnittää diodit .... mutta kuka tietää!Ainakin MAX328 sanoo, että se kestää 120 VAC, kunhan 40K vastus lisätään tuloon
Ei, 328 sanoo nimenomaan, että heillä on kiskoihin substraattidiodit, jotka eivät kytkeydy päälle alle 0,3 V: n ylijännitteellä ja voivat johtaa 40mA (max328) tai 50mA (4051).Lue sovellusten tiedot-osiosta 328 '' sisäisten diodien raja ... '', '' ulkoisia diodeja ei tarvitse lisätä '', '' jatkuva vikasuojaus '' tai 4051 abs: n enimmäisluokitus '' DC-virta missä tahansa tapissa 50mA ''.
Viileä kiitos päivityksestä.Luulen, että aion vain käyttää suuren impedanssin jännitteenjakajapiiriä ennen MUX: ää ja luottaa sitten MAXin sisäisiin kiinnitysdiodeihin suojaksi.
@Matthew Saatat olla kiinnostunut joistakin matalien vuotodiodien mittauksista, jotka on lisätty viestiin.Siirry toimittajan CPC-palveluun vain niillä, kunnes varastot loppuvat, joten en tiedä, ovatko ne vanhentuneita.
@Matthew äskettäin julkaistussa viestissä ehdotettiin ada4530-femto-vahvistintulovahvistinta esimerkkinä vähän esijännitetystä vahvistimesta, jota ei ole DIL-paketissa.Se käynnistää hihnan tulosuojadiodinsa.


Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...