Hallo zusammen! Ich habe hier im Forum nach Eingangsbeschaltungen für ADC-Eingägne zum Überspannungsschutz gesucht. Am öftesten wird hier eine Z-Diode parallel zum ADC-Eingang mit einem Vorwiderstand empfohlen. Ich frage mich aber dabei, ob die Genauigkeit des zu messenden Signals nicht sehr darunter leidet. Z.B. bei einer Z-Diode 2,4 V schaut die U-I-Kennlinie in Sperrichtung etwa so wie unten dargestellt. Natürlich ist die Kennlinie übertrieben flach, sie soll nur das Prinzip zeigen. Wenn dann eine Spannung von z.B. 2V zu wandeln wäre (wie in der Skizze) so teilt sich die Spannung auf den Vorwiderstand und die Diode auf. Am Eingang liegt somit die Spannung an, die im Schnittpunkt der Diodenkennlineie und der Widerstandsgeraden liegt(in der Skizze bei ca. 1,8V). Hätte die Diode eine ideale Kennline (senkrechte Gerade nach oben bei 2,4V) dann wäre das Signal gar nicht verfälscht, aber bei realer Kennlinie ist die Verfälschung doch spürbar genug, wenn man z.B. einen 12-Bit ADC verwendet. Oder sehe ich die Sache falsch?
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Da gehört keine Z Diode hin, setz mal nen Link wo das so gemacht wird.
Kann dein ADC nur bis 2,4V? Wenn nicht dann die Z-Diode entsprechend höher ansetzen. Wobei mit 12Bit ADCs hab ich wenig Erfahrung.
@Bernd, und wie machst DU das ???
Wie auch bei digitalen Eingängen, eine Diode von ADC IN in Sperrichtung nach GND und eine in durchlaßrichtung nach VCC.
@Bernd, Ich habe am Freitag hier einige Beiträge gefunden, wo es so empfohlen wird und finde die jetzt nicht mehr. So auf die Schnelle habe ich aber z.B. diese da gefunden: Beitrag "Überspannungsschutz für ADC Eingang" Beitrag "A/D Überspannungsschutz"
Schau hier, Seite 21: http://www.fh-friedberg.de/fachbereiche/e2/digital-labor/Unterlagen/DT_Script/DT1SCKA6.pdf und dann 2 Dioden wie s.O.
@ Bernd Besten Dank für deine Tipps! Und an die, die das mit Z-Diode machen: Wie ist es denn, entsteht da keine wesentliche Verfälschung des Messsignals durch die nichtideale Diodenkennlinie? Nehmt ihr Standard-Z-Dioden oder gibt es da welche, die für speziell für diesen Zweck geeignet sind?
noips schrieb: > Wie ist es denn, entsteht da keine wesentliche Verfälschung des > Messsignals durch die nichtideale Diodenkennlinie? Hi, natürlich verfälscht der Sperrstrom (bei der aktuellen Eingangsspannung) das Ergebnis, das trifft allerdings auch für die beiden normalen Klemmdioden zu. Für diese müssen also Dioden mit extrem geringem Sperrstrom verwendet werden, also wohl keine Schottky. Bei Zenerdioden wird man wahrscheinlich nichts Geeignetes finden, das ist daher die schlechtere Lösung. Gruss Reinhard
Könntest du mir bitte ein Beispiel für eine hier geeignete Diode (extrem geringer Sperrstrom) nennen. Ich kenne mich mit Dioden noch nicht aus.
> Z.B. bei einer Z-Diode 2,4 V Du brauchst für einen 5V-Pin keine Begrenzung auf 2,4V. Da würde locker eine 5,1V Z-Diode reichen. Aber bleib bei den beiden Dioden, z.B. als Doppeldiode BAV99 Low Leakage Diode SMD, SOT-23, 80V, 0,2A
Bei dem von mir verwendeten AD-Wandler geht diese Methode mit 2 Dioden wohl nur dann, wenn ich Dioden mit 0,3 V Durchlassspannung einsetze. Die Eingänge des A/D-Wandlers vertragen nur -0,3V bis Vdd+0,3V. Sehe ich das richtig? Könntet ihr mir für diesen Fall geignete Dioden empfehlen?
Hab mir jetzt 2 Schottky-Dioden angeschaut. Die kleinste Vorwärtsspannung ist 0,33V und das ist für den verwendeten ADC schon zu viel. Wenn man den AD-Eingang gegen Vdd mit der Schottky in Durchlassrichtung schaltet, dann liegen am Eingang bei Überspannung Vdd + 0,33 V und das sind schon 30mV zu viel. Gibt es denn überhaupt Dioden, die man bei so einer Beschaltung in diesem Fall einsetzen kann?
noips schrieb: > Die Eingänge des A/D-Wandlers vertragen nur -0,3V bis Vdd+0,3V. Diese Aussage in den Datenblättern sagt zwischen den Zeilen meistens (nicht immer) aus, dass in dem IC die Klemmdioden bereits integriert sind. Man kann dies leicht mit dem Diodentester nachprüfen. Leider machen die allerwenigsten Datenblätter explizite Angaben über die Existenz dieser Dioden, ihre Belastbarkeit usw. Wenn die Klemmdioden tatsächlich schon vorhanden sind, hat man im Wesentlichen drei Möglichkeiten: 1. Man verhält sich so, als wären sie nicht existent und versucht, durch externe Schutzschaltungen Über- und Unterspannungen von dem IC fernzuhalten. Macht man dies mit Klemmdioden, kommen eigentlich nur Schottky-Typen in Frage, um die im Datenblatt angegebenen 0,3V nicht zu überschreiten. Was den Sperrstrom betrifft, muss man eben überlegen, ob man mit den dadurch enstehenden Ungenauigkeiten leben kann. 2. Nimmt man wegen des geringeren Sperrstroms lieber PN-Dioden, muss man damit rechnen, dass zusammen mit den externen Dioden auch die internen leitend werden. Es ist dann aber schwer vorherzusagen, wie sich im Überspannungsfall der Strom auf beide verteilt. Da die externen Dioden meist größer sind, bekommen sie prinzipiell auch einen größeren Strom ab, aber so ganz sicher kann man sich nicht sein. 3. Geht man bei Alternative 2 pessimistischerweise davon aus, dass im worst Case die internen Dioden fast den vollen Strom abbekommen, kann man die externen gleich weglassen. Man schaltet also nur noch einen Serienwiderstand zur Strombegrenzung vor den Eingang. Jetzt weiß man natürlich nicht, wie groß dieser Widerstand sein muss, damit die internen Dioden bei Überspannung nicht durchbrennen. Ein Richtwert für den maximalen Diodenstrom ist etwa 1mA (bei den AVRs ist etwas in dieser Größenordnung in einer Application Note angegeben). Zusammen mit der maximal zu erwartenden Überspannung lässt sich damit der Vorwiderstand ausrechnen. Fazit: Wie man es auch macht, man macht es verkehrt ;-) > Wenn man den AD-Eingang gegen Vdd mit der Schottky in > Durchlassrichtung schaltet, dann liegen am Eingang bei Überspannung > Vdd + 0,33 V und das sind schon 30mV zu viel. Mach dir deswegen keine Sorgen. > Gibt es denn überhaupt Dioden, die man bei so einer Beschaltung in > diesem Fall einsetzen kann? Mit sinkender Flussspannung steigt meist auch der Sperrstrom. Eine BAT60A hat eine Flussspannung von nur 0,12V bei 10mA. Dafür beträgt der Sperrstrom 0,3mA bei 5V, was die ADC-Messung schon deutlich beeinflusst.
Also wenn ich analoge Signale messe, die außerhalb der Platine entstehenund ,somit für mich nicht "berechenbar" sind, nehme ich eine 4,7V Z-Diode. Da ich meine AVRs auf 5V laufen lasse und meist die interne 2,56V Referenz nutze ist das kein Problem.
...fangen wir mal vorne an: welches ist denn der "von mir verwendete AD-Wandler"? Vielleicht kann man dem Datenblatt/Application Note ja noch ein paar Tipps entnehmen?
Seite 19, Fig 16 + Seite 10 sagt alles... Dioden sind vorhanden, die können 10mA ab.
Das heißt, ich kann einen Vorwiderstand nehmen, der im Überspannungsfall (bei Spannungsabfall an ihm gleich Umax - Vdd - 0.3V) den Strom auf max. 10mA begrenzt und auf die externen Schutzdioden ganz verzichten, stimmt's?
noips schrieb: > Das heißt, ich kann einen Vorwiderstand nehmen, der im Überspannungsfall > (bei Spannungsabfall an ihm gleich Umax - Vdd - 0.3V) den Strom auf max. > 10mA begrenzt und auf die externen Schutzdioden ganz verzichten, > stimmt's? Hallo, ja, besser gehts nur mit viel Aufwand, aber ganz vernachlässigen darf man den Fehler nicht: für Schutz vor 50 V brauchst du 5 kOhm, für den MUX-Eingang ist 1 µA angegeben, damit fallen an den 5 kOhm 5 mV ab bzw. 1/500 des Eingangsbereichs. Da der ADC 10 bit = 1024 auflöst, sind das 2 LSB - wenig aber nicht nichts. Problematisch wird es nach dieser Rechnung, wenn du vor mehreren 100 V schützen willst/musst. Gruss Reinhard
Ich hätte noch eine Frage. Ich habe bei Analog ein Application Note zu anderem ADC gefunden (Anhang). Da gibt es auf S. 6 einen Abschnitt Input Protection. Da heißt es, dass Vin auch maximal nur AVss – 0.3 V to AVdd + 0.3 V sein darf. Aber bei der Berechnung des Vorwiderstandes wird da eine Diodenspannung von 0.7V angenommen. Und noch steht da, dass wenn der Vorwiderstand kleiner werden muss, kann man externe Schottky verwenden die mehr Strom ableiten können als die internen Dioden. Das heißt also, dass die internen Dioden keine Schottky sind, obwohl die Angabe Vss - 0.3V bzw Vdd + 0.3V das vermuten lässt. Nun, dieses Application Note ist ja nicht für diesen Wandler verfasst, aber ich habe mit einem Diodentester (Multimeter) die Pins des Wandlers geprüft, die Durchgangsspannung liegt bei ca. 0.6 - 0.7V. Kann ich dann bei diesem Wandler durch Verwendung von externen Schottky-Dioden den Vorwiderstand noch kleiner machen? Ich möchte dadurch nämlich vermeiden, dass durch Spannungsabfall an diesem Widerstand mein Signal verfälscht wird.
@Reinhard Kern Oh, hab meinen letzten Post geschikt, bevor ich den von dir gelesen habe. Der AD7928 hat ja 12 Bit Auflösung, das heißt meine genauigkeit leidet noch mehr als 2 LSB darunter. Deswegen will ich ja auch den Vorwiderstand so klein wie möglich halten. Was den Leakage Current betrifft, +/- 1µA ist ja als Maximum angegeben. Ich habe irgend wo gelesen, das der in Wirklichkeit viel geringer ist.
Werden ext. Schutzdioden verwendet, kann man diese auf GND+0,3V und VCC-0,3V vorspannen, um den Eingangsspannungsbereich sicher einzuhalten. Noch besser ist es, Transistoren PNP+NPN für den Schutz zu verwenden, bei denen die Basis um GND+0,5V und VCC-0,5V vorgespannt wird. Die Emitter werden an den Eingang gelegt, die Kollektoren an GND (PNP) oder VCC (NPN). Bei ADCs, die einen Multiplexer integriert haben, sind die eingebauten Begrenzugsdioden in der Regel ungeeignet! Wird eine der Dioden leitend gehalten (Überlast eines Kanals) gibt es deutliches Übersprechen auf die anderen Kanäle.
>Werden ext. Schutzdioden verwendet, kann man diese auf GND+0,3V und >VCC-0,3V vorspannen, um den Eingangsspannungsbereich sicher einzuhalten. >Noch besser ist es, Transistoren PNP+NPN für den Schutz zu verwenden, >bei denen die Basis um GND+0,5V und VCC-0,5V vorgespannt wird. Die >Emitter werden an den Eingang gelegt, die Kollektoren an GND (PNP) oder >VCC (NPN). Habe eine Weile versucht zu verstehen was du meinst, aber bis jetzt ohne Erfolg. Könntest du bitte ausführlicher erklären?
Hätte jemand eine Antwort zu meinem Beitrag von Uhrzeit 13:32 ?
du legst nicht VCC und GND an die externen Dioden sondern GND+0,3V und VCC-0,3V Die Transistoren bilden eien Diode, die auch genauso verwendet wird... siehe auch http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/ovprot.htm
Und zu meinem Beitrag (Uhrzeit 13:32) mit dem Aplication Note im Anhang kann niemand was sagen?
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Anbei die Schaltung im Prinzip. Zur Sicherheit sollte man nicht den vollen Austeuerungsbereich des ADC nutzen, sondern unten und oben 0,2V Reserve lassen. Noch besser ist es, jedem ADC-Eingang einen RR-OPV als Puffer vorzuschalten. Dieser kann mittelohmig (10k-100k) angesteuert werden. Die Versorgungsspannung wird = Vadc-max gewählt (hier +5V) und kann daher den ADC-Eingang nicht übersteuern. Insbesondere, wenn der ADC mehr als 12Bit auflöst, ist dieser Aufwand nicht übertrieben.
Irgendwie verstehe ich diesen Absatz zu Input protection in diesem Application Note nicht. Einerseits heißt es da, die Eingangsspannung mehr als in Maximum Ratings angegeben (-0.3V < Vin < Vdd+0.3V) soll verhindert werden und andererseits werden bei der Vorwiderstandsberechnung als Durchlassspannung der internen Dioden nicht 0.3V sondern 0.7V angesetzt. Bei einer solchen Dimensionierung des Widerstandes liegen an Eingang im Fall maximaler Überspannung doch Vdd + 0.7V und somit wird die Angabe in Maximum Ratins überschritten. Das ist doch ein Widerspruch, oder sehe ich das falsch?
Die Angabe "AVss-0.3V to AVdd+0.3V" in den Maximum Ratings dient vor allem zum Schutz der internen Schutzdioden beim Betrieb des ICs ohne Vorwiderstand. Die eigentliche ADC-Schaltung hält mit Sicherheit ein paar Volt mehr aus, sonst hätten die Dioden wenig Sinn. Auch wenn die Flussspannung der internen Schutzdioden normalerweise etwa 0,6-0,7V beträgt, ist es zu riskant, ohne Vorwiderstand bspw. AVdd+0,6V anzulegen, da die Dioden Toleranzen aufweisen und die Flussspannung der Dioden mit steigender Temperatur abnimmt. Mit AVdd+0,3V ist man aber auf der sicheren Seite, daher die Angabe im Datenblatt. Da die Dioden nicht primär durch die zu hohe Spannung, sondern den zu hohen Strom zerstört werden, kann man sie mit einem geeigneten Vorwider- stand schützen. In diesem Fall kann die Eingangsspannung die Versor- gungsspannung plus die Diodenflussspannung (AVss+0,6V) erreichen, ohne dass etwas kaputt geht. Die eigentliche ADC-Schaltung ist aber immer noch geschützt, da sie, wie oben geschrieben, für eine höhere Spannung ausgelegt sein sollte. Kann man nur einen kleinen Vorwiderstand nehmen, der den Strom durch die Schutzdioden nicht ausreichend begrenzt, muss man den Strom (oder zumin- dest einen Teil davon) an den internen Dioden vorbeileiten. Das geht mit dazu parallel geschalteten externen Dioden. PN-Dioden sind dafür aber nicht geeignet (siehe Punkt 2 in meinem Beitrag vom 18.01.2010 14:18). Schottky-Dioden sind aufgrund ihrer niedrigeren FLussspannung in Ord- nung, haben aber eben den Nachteil des größeren Sperrstroms.
@ yalu Aha, jetzt ist alles klar! Die Angabe AVss-0.3V to AVdd+0.3V hat mich durcheinander gebracht. Dachte deswegen, dass die internen Dioden Schottky sind und dass dann nach 3. in deinem früheren Post auch externe Schottky unter Umständen gar nichts bringen. Aber jetzt verstehe ich das. Danke! Vielen Dank an alle beteiligten für eure Vorschläge und Unterstützung!!!
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