Hallo zusammen,
ich möchte meine ADC-Pins am Atmega2560 schützen. Es geht weniger um
Impulse, mehr längerfristig anliegende Spannungen die größer 5V sind.
Laut Datenblatt sind 5,5V am ADC-Eingang zulässig.
Aus anderen Einträgen habe ich entnommen, dass es nicht unbedingt
sinnvoll ist Dioden oder Z-Dioden zu verwenden. Schottky-Dioden z.B.
haben eine sehr geringe Flussspannung, diese könnte ich wie im Bild
gezeigt ja verschalten. Dann würde die Diode bei z.b. 5,2V aufmachen.
Soweit noch in Ordnung?
Die Schaltung davor sollte nicht viel Strom liefern können, also die
Frage ob ich die Widerstände R1 und R2 überhaupt noch brauche...
Gruß,
Mak
Was willst du mit der Schaltung erreichen? Es sieht hier eher danach
aus, dass du die Eingänge der Operationsverstärker schützen willst. Aber
warum existieren die überhaupt?
Wenn es nur darum geht, die Eingänge des ADC zu schützen, dann doch eher
so wie angehängt. R1+R2 sollten zusammen <10kΩ sein.
Ich sehe hier keinen großartigen Vorteil in der Verwendung von Shottky
Dioden. Wichtiger ist, dass die Dioden einen möglichst geringen
Leckstrom (und eventuell eine kurze Recovery Zeit) haben, damit sie dein
analoges Signal nicht verzerren. Die 1N4148 eignet sich meisten prima.
Wenn die Stromstärke auf unter 1mA begrenzt werden kann, brauchst du nur
einen simplen Vorwiderstand. Dann verwendest du die internen ESD
Schutzdioden innerhalb des ADC.
Ein simpler 10kΩ Widerstand würde ganz alleine schon sicheren Schutz bis
+/- 10V bieten.
Stefan ⛄ F. schrieb:> Wenn die Stromstärke auf unter 1mA begrenzt werden kann, brauchst du nur> einen simplen Vorwiderstand. Dann verwendest du die internen ESD> Schutzdioden innerhalb des ADC.>> Ein simpler 10kΩ Widerstand würde ganz alleine schon sicheren Schutz bis> +/- 10V bieten.
Hmm...und woher sieht man dass und was die internen Schutzdioden vom
Atmega können?
Wenn das Eingangssignal allerdings >>10V ist, funktioniert es auch
wieder nicht mehr :-(
Und sorry wegen der Schaltung, ich hab nix mit den OPs am Hut, sondern
das war nur exemplarisch mit den Schutzdioden. Wie du schon vermutet
hast, hängt statt den OPs ein ADC vom uC dran...
Mak schrieb:> Hmm...und woher sieht man dass und was die internen Schutzdioden vom> Atmega können?
Gute Frage. Leider steht das noch immer in keinem AVR Datenblatt (bei
anderen Mikrocontrollern sind solche Angaben üblicherweise drin). Aber
in der Application Note AVR182 wurden die Internen Dioden genau so an
230V Netzspannung verwendet.
Mak schrieb:> Wenn das Eingangssignal allerdings >>10V ist, funktioniert es auch> wieder nicht mehr :-(
Woran machst Du das fest?
Im Übrigen ist "Schutz gegen Überspannung" ein wenig schwammig.
Gegen Spannungen welcher Größenordnung möchtest Du die Schaltung
schützen?
Lt. Deiner obigen Aussage offenbar schon einmal mehr als 10V.
Immerhin hast Du geschrieben, dass Du dauerhafte Überspannungen meinst,
das unterschlagen viele, die ähnliche Fragen stellen leider oft. :)
M.A. S. schrieb:> Woran machst Du das fest?> Im Übrigen ist "Schutz gegen Überspannung" ein wenig schwammig.> Gegen Spannungen welcher Größenordnung möchtest Du die Schaltung> schützen?> Lt. Deiner obigen Aussage offenbar schon einmal mehr als 10V.>> Immerhin hast Du geschrieben, dass Du dauerhafte Überspannungen meinst,> das unterschlagen viele, die ähnliche Fragen stellen leider oft. :)
Bezogen jetzt auf die Aussage von Stefanus.
Also sagen wir bis min. 10V, aber ich kann aktuell noch nicht sagen wie
hoch die Spannung werden kann im Fehlerfalle. Evtl. bis 100V.
Vor dem ADC hängt ein Messverstärker der eine Messspannung in einen
Strom wandelt, über den Spannungsabfall an einem Ausgangswiderstand
möchte ich dann diese Spannung messen. Allerdings weiß ich aktuell
nicht, wieviel Strom der Verstärker maximal liefern kann.
Das wäre natürlich interessant zu wissen, ob man überhaupt einen großen
Vorwiderstand braucht um die Diode zu schützen.
Aber nochmal zum Schluss - brauche ich nun eine externe Schottky-diode
oder soll ich die interne verwenden?
Gruß,
M
bei bis 100v würde ich vorwiderstand in Reihe und varistor nach Masse
machen.
de dann wahrscheinlich relativ hohen Vorwiderstand musst du natürlich
bei deiner Sampe+Hold-Zeit beachten.
Mak schrieb:> Das wäre natürlich interessant zu wissen, ob man überhaupt einen großen> Vorwiderstand braucht um die Diode zu schützen.
Genau, ohne konkrete Zahlen kann man dazu nicht viel sagen.
> Aber nochmal zum Schluss - brauche ich nun eine externe Schottky-diode> oder soll ich die interne verwenden?
Meinst du die Frage jetzt ernst? Kläre doch erst einmal die Sachlage!
Wein: Vor allem und jedem zu schützen ist sinnlos und verschlechtert
andere Eigenschaften der Schaltung. Mindestens die Kosten.
Also die maximale Spannung sollte bei 7V sehen, der ADC kann 5.5V.
Max. Strom der von der Schaltung davor geliefert werden kann sind 140uA.
Daher stellt sich für mich nun die Frage ob ext. Schutzdioden oder nur
die Internen...
Gruß,
Ma
Mak schrieb:> Also die maximale Spannung sollte bei 7V sehen, der ADC kann 5.5V.>> Max. Strom der von der Schaltung davor geliefert werden kann sind 140uA.
Wenn du auf die Funktion des INA138 vertraust (und deine Beschränkung
von dessen Eingangssignal), dann wähle halt als Arbeitswiderstand nur
40kOhm. Dann steigt die Spannung von sich aus nicht über
140µA*40kOhm=5,6V, und du nutzt den ADC-Bereich allerschlimmstenfalls
nur ein bisschen schlechter.
Achim S. schrieb:> Mak schrieb:>> Also die maximale Spannung sollte bei 7V sehen, der ADC kann 5.5V.>>>> Max. Strom der von der Schaltung davor geliefert werden kann sind 140uA.>> Wenn du auf die Funktion des INA138 vertraust (und deine Beschränkung> von dessen Eingangssignal), dann wähle halt als Arbeitswiderstand nur> 40kOhm. Dann steigt die Spannung von sich aus nicht über> 140µA*40kOhm=5,6V, und du nutzt den ADC-Bereich allerschlimmstenfalls> nur ein bisschen schlechter.
Dann sinkt die Spannungsverstärkung von 10 auf 8. Da ich minimale
Spannungen messen möchte (z.B. 5-10mV), ist das vielleicht wieder
suboptimal. Wobei hier nicht mehr viel Unterschied ist dann (40 vs.
50mV...).
Gruß,
M
Mak schrieb:> Dann sinkt die Spannungsverstärkung von 10 auf 8.
Ja: du nutzt deinen ADC-Messbereich um 20% schlechter. Genau wie schon
geschrieben. Der Unterschied ist minimal. Für die Betrachtung deiner
"kleinsten Signale" ist der Offsetfehler des Aufbaus relevant. Ob die
Verstärkung um 20% kleiner ist, spielt eine untergeordnete Rolle.
Dafür brauchst du mit 40kOhm Arbeitswiderstand nur an genau einer Stelle
deiner Schaltung eine "Schutzbeschaltung" einzubauen (am Eingang deines
INA138) statt dies an diversen Stellen zu wiederholen. Eine zig-fache
Schutzbeschaltung macht den Gesamtaufbau nicht sicherer sondern nur
unübersichtlicher und komplizierter.
Und selbst wenn mit einem Arbeitswiderstand von 50kOhm durch den
Ausgangsstrom des INA138 mal eine Überspannung erzeugt werden sollte,
würde nur ein Bruchteil der 140µA durch die Schutzdiode abfließen (der
größte Teil weiter durch den Arbeitswiderstand). Für 20% von 140µA
brauchst du kein weitere externe Schutzbeschaltung, das steckt die
interne Diode sicher weg.
Mak schrieb:> Also sagen wir bis min. 10V, aber ich kann aktuell noch nicht sagen wie> hoch die Spannung werden kann im Fehlerfalle. Evtl. bis 100V.
Dann mach doch wie auf dem Bild 2. Eine Diode kostet nicht so viel, um
darüber so lange überlegen zu müssen. Zwar wird ein bißchen
Eingangskapazität höher, aber im Grunde macht diese Diode nichts
schlechter. Aber vielleicht bringt sie was. Mag sein. Ich würde hier
nicht sparen.
Mak schrieb:> Also die maximale Spannung sollte bei 7V sehen, der ADC kann 5.5V.
Falsch. ADC kann nichts über Vref. Es geht zwar bis 5V5 nichts kaputt,
aber ADC kann als solche damit nicht arbeiten.
Maxim B. schrieb:> Falsch. ADC kann nichts über Vref. Es geht zwar bis 5V5 nichts kaputt,> aber ADC kann als solche damit nicht arbeiten.
Ja messen kann der ADC bis 5V=Vref, die 5.5V sind nur abs max. rating wo
was kaputt gehen kann.
Achim S. schrieb:> Dann steigt die Spannung von sich aus nicht über> 140µA*40kOhm=5,6V,
Ich muss vermutlich nochmal einen drauf legen :-s
Werde noch einen Multiplexer mit ins Spiel bringen müssen, es war mal
der hier angedacht:
https://www.mouser.de/ProductDetail/Texas-Instruments/CD74HC4067M?qs=sGAEpiMZZMtxrAS98ir%252BsyyzhQKXP6BbTUIvBJLNT3E=
Aber jetzt seh ich natürlich, dass der nur bis max. Vcc=5V geratet ist
von der Portspannung her...grrrrr...
Gibts hier keine MUX-Schalter die unabhängig von der Vcc sind um höhere
Spannungen schalten zu können?
Der Ron von so nem Pfad geht rauf bis 180R, auch ordentlich...
Gruß,
M
Mak schrieb:> Gibts hier keine MUX-Schalter die unabhängig von der Vcc sind um höhere> Spannungen schalten zu können?
Du kannst selbstverständlich einen umschaltbaren Spannungsteiler machen.
Ein paar Widerstände + analoge Multiplexer(so wie 74HC4051), mehr ist
das nicht.
Wenn das voll unabhängig von Vcc sein sollte, dann nehme Relais. Es gibt
sehr kleinen, in DIP-Gehäuse.
Ich verwende fuer solche Probleme eine Shottky gegen GND und eine blaue
LED gegen GND. Vorne dran einen 10k. Das Problem an der zuoberst
gezeigten Loesung mit der diode gegen Vcc ist, dass dort der Strom
nirgendwo hin kann, und einfach die Vcc anhebt. Bei der LED leitete man
den Strom effektiv ab. Ja, die Eingnagsspannung ist dann auf die LED
Spannung limitiert.
Sonst gibt es aich noch die Loesung, RR-OpAmps zu verwenden, welche nur
mit 5V gespiesen werden.
Pandur S. schrieb:> und eine blaue> LED gegen GND.
Blaue LED hat zwar ca. 3,2...3,4 Volt, aber nur bei Arbeitsstrom. Leitet
blaue LED schon ca. ab 2,2 Volt. Deshalb hier eher ungeeignet.
Pandur S. schrieb:> dass dort der Strom> nirgendwo hin kann, und einfach die Vcc anhebt.
Aber woher weiß ich, wie stark es mir den VCC anheben kann? Kann man das
abschätzen?
