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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wie schütze ich (ADC) Eingänge, wenn die Versorgungsspannung weg ist


Autor: André Wippich (sefiroth)
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Hallo,

ich entwerfe gerade eine Schaltung, wo ein analoges Signal 
(VGA-Farbdaten) von mehreren AD-Wandlern ausgewertet werden soll.

Nun ist folgende Frage aufgekommen:
Angenommen meine Schaltung ist noch ausgeschaltet, aber es liegt bereits 
eine Analogspannung an den ADC-Eingängen an - kann das den AD-Wandler 
beschädigen? Ich kann als Entwickler ja nicht sicherstellen, in welcher 
Reihenfolge jemand die Geräte einschaltet...

In den Datenblättern der meisten Chips findet man ja eine Angabe wie:
Vin,min = -0.5V
Vin,max = 0.5V * Vcc

Wenn Vcc nun durch das Abtrennen des Netzteils potentialfrei ist, GND 
aber über den VGA Anschluss noch vorhanden, wie reagiert dann ein Chip 
auf eine Spannung an seinen Eingängen?

Viele Grüße,
André

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Vin,max = 0.5V * Vcc
Das sollte wohl ein Plus sein...

> wie reagiert dann ein Chip auf eine Spannung an seinen Eingängen?
Diese Bedingung wird verletzt: Vin,max = 0.5V + Vcc
Üblicherweise geht dann irgendeine dünne SiliziumOxid Schicht kaputt und 
sorgt dafür, dass der Chip sein Geld nicht mehr wert ist. Oder eine 
interne Schutzdiode beginnt zu leiten. Wenn die dann überlastet wurde, 
tritt wieder der erste Fall in Kraft.

Du solltest (insbesondere bei [hochohmigen] AD-Wandlereingängen) extern 
Schutzdioden gegen GND und Vcc und einen passenden Vorwiderstand 
vorsehen...

Autor: Frank (Gast)
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Ich habe die angehängte Schutzschalung verwendet und sie funktioniert 
tadellos. Vielleicht hilft's.

Gruß Frank

Autor: oszi40 (Gast)
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Man sollte bedenken, daß VGA-Signale ziemlich schnell sind. Wenn André 
wirklich jeden Bildpunkt einzeln auswerten möchte, wird das nicht 
einfach und schon gar nicht hochohmig am Eingang klappen.

Erste Infos http://de.wikipedia.org/wiki/VGA_(Anschluss)

Autor: André Wippich (sefiroth)
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Lothar Miller schrieb:
>> Vin,max = 0.5V * Vcc
> Das sollte wohl ein Plus sein...

Oh, ja - kleiner Tippfehler, große Auswirkung ;-)

Vielen Dank für die schnellen Antworten! Da hatte ich ja den richtigen 
Verdacht, dass dort Gefahr droht...

Mit der vorgestellten Schutzbeschaltung würde ich mir wirklich Sorgen 
wegen der Geschwindigkeit machen, mit der ich die Video-Daten auswerten 
muss. Kennt Ihr vielleicht einen schnellen Operationsverstärker den ich 
als nichtinvertierenden Verstärker mit V=1 einsetzen könnte und dessen 
Eingänge gegen diesen Fall geschützt sind?

Das H-Sync und V-Sync (digitale VGA Signale) wollte ich über diesen 
Pegelwandler laufen lassen: 74LVX125
http://www.fairchildsemi.com/ds/74%2F74LVX125.pdf
Dem guten Stück scheint es nämlich nichts auszumachen, wenn ohne Vcc 
eine Spannung an den Eingängen anliegt. Ist aber leider nur für digitale 
Signale ausgelegt...

Dann bleibt mir wohl als realer Schutz wohl nur drei kleine Relais 
zwischen die VGA Leitungen und den AD-Wandler zu packen... Mit 
Sicherheit meine ich natürlich nur den speziellen Fehlerfall - gegen 
Spannungsspitzen hilft das leider nicht :-)

Autor: oszi40 (Gast)
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Schau einfach mal nach wie Millionen von Monitoren+ VGA-Adapter das 
verkraftet haben. Im einfachsten Fall sind ausreichend Masseanschlüsse 
am VGA-Stecker, die rechtzeitig Kontakt geben und die Eingänge 
niederohmig genug.

Autor: André Wippich (sefiroth)
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oszi40 schrieb:
> Schau einfach mal nach wie Millionen von Monitoren+ VGA-Adapter das
> verkraftet haben. Im einfachsten Fall sind ausreichend Masseanschlüsse
> am VGA-Stecker, die rechtzeitig Kontakt geben und die Eingänge
> niederohmig genug.

Naja, ich weiß nicht welche Schutzbeschaltungen so ein Monitor hat... 
Die werden die VGA-Anschlüsse doch wahrscheinlich auch nicht direkt an 
den Bildcontroller legen, oder?

Bei dem Teil mit den Masseanschlüssen und niederohmigen Eingängen kann 
ich Dir grad nicht so recht folgen. Kannst Du das bitte etwas näher 
erläutern, was Du damit meinst?

Autor: Andreas K. (derandi)
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André Wippich schrieb:
> Die werden die VGA-Anschlüsse doch wahrscheinlich auch nicht direkt an
> den Bildcontroller legen, oder?

Wo sollen die denn sonst hin? Ältere Geräte haben nicht mal einen 
Bild-Controller, die haben das tatsächlich noch analog 
zusammengefrickelt.

Autor: André Wippich (sefiroth)
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Andreas K. schrieb:
> André Wippich schrieb:
>> Die werden die VGA-Anschlüsse doch wahrscheinlich auch nicht direkt an
>> den Bildcontroller legen, oder?
>
> Wo sollen die denn sonst hin? Ältere Geräte haben nicht mal einen
> Bild-Controller, die haben das tatsächlich noch analog
> zusammengefrickelt.

Ich wäre jetzt davon ausgegangen, dass zumindest noch eine 
Filterschaltung (z.B. mit OPs oder extra dafür vorgesehenen ICs) mit im 
Signalpfad liegen, um die Bildsignale vor der digitalen 
Weiterverarbeitung aufzubereiten. Die könnten gleichzeitig dann auch 
eine Schutzfunktion ausüben.

Ob das Modell nun analog oder digital ist, spielt dabei doch eigentlich 
auch keine Rolle. Wenn die VGA Signale direkt auf einen OP gehen, muss 
dieser ja auch vor Schäden geschützt werden.

Ich hab leider noch keinen Monitorschaltplan in den Händen gehalten - 
wäre echt mal interessant zu wissen, ob tatsächlich wie von Dir vermutet 
eine direkte ungefilterte Verbindung zwischen dem VGA Anschluss und der 
Bildsteuerung besteht.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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André Wippich schrieb:
> Andreas K. schrieb:
>> André Wippich schrieb:
>>> Die werden die VGA-Anschlüsse doch wahrscheinlich auch nicht direkt an
>>> den Bildcontroller legen, oder?
>>
>> Wo sollen die denn sonst hin? Ältere Geräte haben nicht mal einen
>> Bild-Controller, die haben das tatsächlich noch analog
>> zusammengefrickelt.
>
> Ich wäre jetzt davon ausgegangen, dass zumindest noch eine
> Filterschaltung (z.B. mit OPs oder extra dafür vorgesehenen ICs) mit im
> Signalpfad liegen, um die Bildsignale vor der digitalen
> Weiterverarbeitung aufzubereiten. Die könnten gleichzeitig dann auch
> eine Schutzfunktion ausüben.
Eine Schutzbeschaltung (ESD) wird da bestimmt drin sein, aber digitale 
Weiterverarbeitung? Damals als es nur Röhrenkübel gab, gab es keine 
digitale Weiterverarbeitung.

> Ich hab leider noch keinen Monitorschaltplan in den Händen gehalten -
> wäre echt mal interessant zu wissen, ob tatsächlich wie von Dir vermutet
> eine direkte ungefilterte Verbindung zwischen dem VGA Anschluss und der
> Bildsteuerung besteht.
Glaube ich nicht. Wie soll der Monitor sonst den ESD Test bestehen...

Autor: Andreas K. (derandi)
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Simon K. schrieb:
> Glaube ich nicht. Wie soll der Monitor sonst den ESD Test bestehen...

Wenn dann dürfte das nicht viel anderes sein als die oben vorgeschlagene 
Variante mit den Z-Dioden, sehr viel ESD verträgt der Eingang nicht, 
deswegen ist der Stecker auch mit voreilender Schirmung gebaut.
Viel ist auf einem PCB eines Fernsehers/Monitors (die alten) wirklich 
nicht drauf, die sind gerne auch noch mit regulären Durchsteck-Bauteilen 
bestückt, mit verbrecherisch viel Platz zwischen den Bauteilen.

Ein OP-Amp als "Sollbruchstelle" einfügen dürfte weder der 
Signalqualität noch der Verlässlichkeit des Geräts zuträglich sein, 
kaputt wäre es hinterher sowieso.

Autor: Anja (Gast)
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Simon K. schrieb:
> Glaube ich nicht. Wie soll der Monitor sonst den ESD Test bestehen...

Du wirst doch nicht beim eingeschalteten Gerät auf die Pins schießen, 
wenn in der Bedienungsanleitung ausdrücklich drin steht daß die Stecker 
nur bei ausgeschaltetem Gerät gesteckt werden dürfen oder gar ein 
ESD-bapperl drauf ist. ;-)

Bei ESD wird nur auf die Stellen geschossen die bei "normalen 
Bedienvorgängen" mit den Fingern oder Einstellwerkzeugen erreicht werden 
können. (Bei metallischen Steckern also oft nur der Schirm).

http://www.elmac.co.uk/pdfs/ESD_considerations.pdf

Gruß Anja

Autor: Andreas K. (derandi)
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Anja schrieb:
> wenn in der Bedienungsanleitung ausdrücklich drin steht daß die Stecker
> nur bei ausgeschaltetem Gerät gesteckt werden dürfen

Daran ist Netzteil im Gerät schuld, die verbinden gerne die Primär- und 
die Sekundärseite mit einem kleinen Y-Kondensator, zur Entstörung.
Allerdings kann man so auch die Sekundärseite mit Spannung 
beaufschlagen, je nachdem wierum man den Stecker einsteckt.
Gut, kein merklicher Strom, aber für Halbleiter könnte es reichen.

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

die Schaltung von Frank ist ok. Wenn die 5V nicht da sind leitet die 
obere Diode bei ca. 0,3V. Die 10k klappen aber nicht im Videosignalweg ( 
zu hochohmig ).

PS: die 5V ( 0V )sind relativ niederohmig da ja die restliche Schaltung 
daran hängt inkl. Cs.

Autor: Axel Krüger (axel)
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Welchen Zweck/Effekt hat der Widerstand R21 vom Messsignal zu +5V ? Im 
Prinzip belastet er doch nur die Quelle.

Sehe ich das richtig, dass im Prinzip bei ausreichender Leistung der 
Quelle (Diodensperrstrom) bei kleinen Frequenzen <1000Hz 
(Diodenkapazitäten) die Schaltung das Signal nicht negativ beeinflusst?

Event. sollte man diese Problamatik noch zum ADC Tutorial hinzufuegen.

gruss Axel

Autor: Axel Krüger (axel)
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...............?

Autor: Frank (Gast)
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Hallo Axel,

die eigentliche Schutzschaltung besteht aus D11, D12 und R20. D11 und 
D12 leiten die um 0,3V zu hohen bzw. 0,3V zu niedrigen Spannungen ab 
(0,3V wegen der verwendeten Schottky-Dioden) und R20 begrenzt den Strom. 
R21 ist Teil eines Spannungsteilers, weil dieser Schaltungsausschnitt 
aus einer Temperaturmessschaltung mit einem KTY81 stammt.

Gruß Frank

Autor: Axel Krüger (axel)
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Ah ok  Vielen Dank Frank!

gruss Axel

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