Der Titel sagt eigentlich schon alles: Ich habe einen guten 24Bit ADC, der aber "nur" 2kV HBM ESD aushält. Den Wert möchte ich auf 15kV erhöhen und gleichzeitig noch einen Überspannungsschutz (max. +-10V erlaubt) dazubauen. Welche Schutzschaltung beeinflusst das Signal am wenigsten?
>Welche Schutzschaltung beeinflusst das Signal am wenigsten? Direkt am Eingang ein Cap oder ein RC-Filter, wobei du ein spezielles R brauchst, welches ESD aushalten können muß. Vom Cap zu den Hilfsspannungen +10V und -10V zwei äußerst leckstromarme Dioden, wie zum Beispiel die 2N4117A, die du als Diode beschaltest. Wie sind denn die Eingangsströme und Eingangsimpedanzen von deinem 24bit-ADC?
Thomas schrieb: > Welche Schutzschaltung beeinflusst das Signal am wenigsten? Die ganze Schaltung einschließlich Signalquelle in ein geschlossenes Metallgehäuse. ESD muß dann "draußen bleiben". Ohne genauen Typ des 24 Bit Wandlers wirds nicht gehen. Die Bausteine sind zu unterschiedlich bezüglich Eingangsstrom usw. Gruß Anja
Ist ein LTC2400. Metallgehäuse schützt die nach draußen geführten Eingänge eben nicht. Welcher Kondensator und Widerstand ist als ESD-Schutzbeschaltung geeignet?
Wie man den Eingang schützt hängt auch davon ab was da in der Anwendung als Signalquelle dran hängen soll. Es macht da schon einen Unterschied ob es ein sehr Niederohmiges Thermoelement, oder ein eher hochohmige Quelle bis 5 V ist. Beim Thermoelement könnte man z.B. 2 Antiparallele 1N4007 und einen Widerstand zum IC als Schutz nehmen, sonst eher nicht.
Mir kommt ja hier unweigerlich die Frage, warum man nicht in jeder Schaltung jeden Knoten noch mal gegen Überspannung schützt. Sorry, das mußte jetzt sein. ;-) OK, diese 24bit-Sigma-Delta sind teuer. Volles Verständnis. Aber sie liegen ja oft an niederohmigen Quellen, z.B. an einem Termoelement. Letztendlich hängen die Inputs in einem IC aber auch noch am integrierten Schutzdiodennetzwerk. Müßte man mal im Datenblatt finden. Ulirch schrieb: > 2 Antiparallele 1N4007 So hätte ich es als Bastler vor 30 Jahren gemacht. Aber, schau mal ins Datenblatt der 1N4000, was die für Reaktionszeiten haben.
Thomas schrieb: > Metallgehäuse schützt die nach draußen geführten > Eingänge eben nicht. Du sollst doch die Eingänge nicht nach draußen führen.... Thomas schrieb: > Welcher Kondensator und Widerstand ist als ESD-Schutzbeschaltung > geeignet? Kondensator + Widerstand geht dann nicht (s. Datenblatt). Bei niedriger Quellimpedanz ginge ein 10uF Kondensator. Für +/-10V Schutz brauchst Du allerdings sowieso einen Pufferverstärker. Dort kannst Du dann die üblichen Schutzbeschaltungen einbauen. Gruß Anja
Mit je einem 1nF gegen das Metallgehaeuse ist man die EMV los. Die Beruehrungsspannung glaub auch.
Wilhelm Ferkes schrieb: > Letztendlich hängen die Inputs in einem IC aber auch noch am > integrierten Schutzdiodennetzwerk. Müßte man mal im Datenblatt finden. Thomas schrieb: > der aber "nur" 2kV HBM ESD aushält
@Sni Ti: Tja, Sni Ti, vielleicht baut man noch einen Blitzableiter mit ein.
Beim Übergang von Sperrend zu isolierend ist die "Reaktionszeit" von Dioden einfach durch die Induktivität des Gehäuses und der Drähte gegeben. So schlimm sind da die 1N400x nicht. Eine Shottkydiode wie 1N5818 ist da auch nicht schneller. Der Unterschied kommt erst beim "Abschalten", also die Erholung nach dem ESD Ereignis.
Ulirch schrieb: > So schlimm sind da die 1N400x nicht. Eine Shottkydiode wie > 1N5818 ist da auch nicht schneller. Ich habe noch mal ein paar Datenblätter gewälzt. Bei der 1N4000 steht da sogar überhaupt nichts zu Reaktionszeiten, allerdings die Bezeichnung Universaldiode. Da darf man im Grunde überhaupt keine besondere Eigenschaft erwarten, außer daß sie Netzfrequenz (und noch ein wenig höhere Frequenzen) gleichrichtet. Möglicherweise ist die Ansprechzeit wirklich schnell, denn sie ist in keinem der Datenblätter, die ich fand, aufgeführt. Die Erholzeit ist aber bekannterweise lang. Allerdings verwendet man für ESD-Schutz oft Transildioden, eben wegen der Ansprechzeit, nicht wegen der Erholzeit, weil ein Spannungsüberschlag eine winzig geringe Anstiegsdauer hat. Die parasitäre Induktivität hat man aber dort auch. Mit diesen Dioden hatte ich eher Probleme im Bereich Kapazität. Man kann so einen Überspannungsschutz nur so gut ausführen, wie man glaubt, daß es eben geht. Die Schwächen kommen tatsächlich oft erst im Prüflabor zum Vorschein, dann darf man nachbessern.
Beim Einschalten der Diode muss doch 'bloß' die Sperrschichtkapazität leergeräumt werden. Und die Kapazität ist eben ein Kondensator. Dann müsste doch die Diode erst als ESD-Kondensator (mit relativ geringer Kapazität) arbeiten und wenn sie dann leitet, ist sie eben eine Diode. Oder nicht? ;-) Würde aber auch eine Transildiode/Überspannungsschutzdiode nehmen. Die sind für derartige Sachen vorgesehen.
Wilhelm Ferkes schrieb: > So hätte ich es als Bastler vor 30 Jahren gemacht. Aber, schau mal ins > Datenblatt der 1N4000, was die für Reaktionszeiten haben. Was für eine Spannungsspitze könnte denn an einer 1N4007 auftreten, bevor die Diode leitet und die Spannung auf ca. 0,7V begrenzt?
Oktoberfestbesucher schrieb: > Was für eine Spannungsspitze könnte denn an einer 1N4007 auftreten, > bevor die Diode leitet und die Spannung auf ca. 0,7V begrenzt? So, ich hab das in Literatur (Hans Lacour, Elektronische Bauelemente) noch mal nachgeschlagen. Und zwar, wenn man an die Diode bei geringer Stromdichte einen erzwungenen Spannungssprung anlegt, verhält sie sich erst mal kapazitiv. Simon, da hast du allerdings recht, mit bloß die Sperrschichtkapazität ausräumen. Die Diodenspannung folgt allmählich dem Sprung. Ist die Diode schon leitend, verhält sie sich jedoch induktiv. Die ist nicht beliebig schnell. Die an der Diode wirkende Gesamtspannung steigt schlagartig an, da sich der Widerstand der Bahngebiete nicht schlagartig vermindern kann, steht dort. Die Beschreibung geht jedoch über viele Buchseiten, das würde hier jetzt den Rahmen sprengen. Bei ESD hat man eben einen richtig guten Sprung. Spezielle (Transil-)Dioden sind wohl in diesen Eigenschaften optimiert, können aber auch nicht alles. Meine ehemalige Firma hätte sich die teueren Transildioden lieber auch gespart, wenn normale Dioden ausreichten. Denn alles war bis auf den Cent hyper-kostensensitiv. Die Geräte mußten am Ende der Entwicklung aber die EMV- und Störspannungstests bestehen. Sie hatten auch Leitungen nach außen, Meß- und Busverbindungen. So ein Filter mit herkömmlichen Bauelementen aufzubauen, widerspricht oft anderen Dingen, wie z.B. Bauteilanzahl und Layoutfläche, Lagerhaltung, Zuverlässigkeit der Baugruppe. Ich werde noch mal schauen, was der SPICE-Simulator bei der Diode ausspuckt. Denn das Meßequipment für sowas habe ich hier nicht.
>Ist ein LTC2400. Der hält doch +/-10V an seinem Eingang garnicht aus??!!?? >Mit je einem 1nF gegen das Metallgehaeuse ist man die EMV los. Das ergibt beim Human Body Model einen Spannungsteiler von 100pF zu 1nF. Da hast du bei einem 8kV ESD immer noch genug Zerstörungskraft... >So schlimm sind da die 1N400x nicht. Eine Shottkydiode wie >1N5818 ist da auch nicht schneller. Der Unterschied kommt erst beim >"Abschalten", also die Erholung nach dem ESD Ereignis. Das ist richtig. Einschalten tun beide fast gleich schnell. Aber für Sub-Nanosecond-ESD sind beide zu langsam, wegen ihrer Bauform (Induktivität). Da gehen nur Cera-Diodes (Epcos), Varistoren (AVX) oder Transzorbs in winzigen ESD-Bauformen. Achtung, die bidirektionalen Transzorbs sind für Sub-Nanosecond-ESD ungeeigent, da sie rund 5nsec zum Durchschalten brauchen! >Was für eine Spannungsspitze könnte denn an einer 1N4007 auftreten, >bevor die Diode leitet und die Spannung auf ca. 0,7V begrenzt? http://www.cliftonlaboratories.com/diode_turn-on_time.htm
Wilhelm Ferkes schrieb: > Man kann so einen Überspannungsschutz nur so gut ausführen, wie man > glaubt, daß es eben geht. Die Schwächen kommen tatsächlich oft erst im > Prüflabor zum Vorschein, dann darf man nachbessern. Besser ist es, den Schutz gleich passend zu den Anforderungen auszulegen. ;-)
Willi W. schrieb: > Besser ist es, den Schutz gleich passend zu den Anforderungen > auszulegen. > ;-) Ja selbstverständlich, so meine ich das auch. Die Spezifikationen müssen z.B. aus dem Lastenheft entnehmbar sein, und dann wählt man was passendes. Theorie und Praxis sind nur eben zwei verschiedene Dinge. Sonst könnte sich jeder gleich ein EMV-Labor und die Abnahme sparen. Ausgerechnet bei solchen scheinbar nichtigen Dingen geht in Entwicklungslabors ein Löwenanteil an Zeit drauf. ;-)
>Theorie und Praxis sind nur eben zwei verschiedene Dinge. >Sonst könnte sich jeder gleich ein EMV-Labor und die Abnahme sparen. Und ich behaupte, daß viele schon mit der falschen Theorie unterwegs sind. Was beispielswiese nur mal hinsichtlich des "Pigtailing" so alles fabriziert wird, läßt erahnen, daß die meisten Entwickler sich über die Theorie niemals wirklich Gedanken gemacht, geschweige denn irgendetwas verstanden haben.
Thomas schrieb: > 24Bit ADC, > der aber "nur" 2kV HBM ESD aushält. Den Wert möchte ich auf 15kV erhöhen Ich bin mal gespannt, ob dir nach deiner Schutzbeschaltung noch viel Genauigkeit übrig bleibt. Was willst du damit denn messen?
Elena schrieb: >>Was für eine Spannungsspitze könnte denn an einer 1N4007 auftreten, >>bevor die Diode leitet und die Spannung auf ca. 0,7V begrenzt? > > http://www.cliftonlaboratories.com/diode_turn-on_time.htm Wenn ich diese Fotos vom Oszilloskop richtig deute, beträgt die Spannungsspitze, wenn die Diode 1N4007 von Sperr nach Leiten umschalten soll lediglich ein paar 100mV. Deshalb verstehe ich nicht, warum ich teures Geld für eine schnelle Transorb ausgeben soll.
Subnano ESD, Mann mach ne Ferritperle dazwischen. Bei 'nem Wandler für den Kiloherzbereich kein Problem.
>Subnano ESD, Mann mach ne Ferritperle dazwischen.
Ferritperlen haben praktisch keine Wirkung bei ESD, weil sie in die
Sättigung gehen.
Elena schrieb: > Ferritperlen haben praktisch keine Wirkung bei ESD, weil sie in die > Sättigung gehen. Die Perle würde auch nicht gegen ESD schützen, wenn sie nicht in die Sättigung gehen würde. Die liegt einfach im Signalweg, jemand ist geladen und fasst die Leitung an. Wir denken uns das als Human Body Model, 100pF, 1500 Ohm und auf 30kV aufgeladen. Der Strom steigt dann auf 20A und tschüss kleiner ADC :-( Ich habe hier ein Datenblatt von diesen Ferritperlen. Die sind mit 7A spezifiziert. Ich kann aber im Moment nicht sagen, ob das die Stromtragfähigkeit des Drahtes sein soll, oder die Magnetische Sättigung des Ferritmaterial erreicht ist.
Angehängte Dateien:
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ferrite_saturation_1.GIF
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ferrite_saturation_2.GIF
14 KB
>Ich habe hier ein Datenblatt von diesen Ferritperlen. Die sind mit 7A >spezifiziert. Ich kann aber im Moment nicht sagen, ob das die >Stromtragfähigkeit des Drahtes sein soll, oder die Magnetische Sättigung >des Ferritmaterial erreicht ist. Ich habe mal in meinem Archiv gekramt...
Oktoberfestbesucher schrieb: > Elena schrieb: >> Ferritperlen haben praktisch keine Wirkung bei ESD, weil sie in die >> Sättigung gehen. > > Die Perle würde auch nicht gegen ESD schützen, wenn sie nicht in die > Sättigung gehen würde. Die liegt einfach im Signalweg, jemand ist > geladen und fasst die Leitung an. > Wir denken uns das als Human Body Model, 100pF, 1500 Ohm und auf 30kV > aufgeladen. Der Strom steigt dann auf 20A und tschüss kleiner ADC :-( > > Ich habe hier ein Datenblatt von diesen Ferritperlen. Die sind mit 7A > spezifiziert. Ich kann aber im Moment nicht sagen, ob das die > Stromtragfähigkeit des Drahtes sein soll, oder die Magnetische Sättigung > des Ferritmaterial erreicht ist. ABER - richtig ausgewählte Ferrite sind eh verlustbehaftet und reduzieren nebenbei auch die Anstiegsgeschwindigkeit des Signals nach dem Ferrit, wenn da ein C dranhängt. Nun läßt sich das recht gut mit Varistoren und Transzorbdioden verbinden und so ein guter Grob- und Feinschutz bauen, der auch den vielen Bits im Wandler nicht sonderlich im Wege steht.... Bei geschickter Wahl von Ferrit, C und den Ableitern stehen sich maximale Frequenz, die den AD erreichen soll nicht mit der Filterfrequenz im Weg... Grüße MiWi
>Wir denken uns das als Human Body Model, 100pF, 1500 Ohm und auf 30kV
aufgeladen. Der Strom steigt dann auf 20A und tschüss kleiner ADC :-(
Nee. ein 100nF ueber den Eingang und das ergibt einen kapazitiven Teiler
1:1000, diese 30V sollten fast noch durchgehen.
Oktav Oschi schrieb: >>Wir denken uns das als Human Body Model, 100pF, 1500 Ohm und auf 30kV > aufgeladen. Der Strom steigt dann auf 20A und tschüss kleiner ADC :-( > > > Nee. ein 100nF ueber den Eingang und das ergibt einen kapazitiven Teiler > 1:1000, diese 30V sollten fast noch durchgehen. wenn der C und das Layout das schafft. Bei dU/dT von ESD (von 0 auf 4kV in 0,5-1ns) spielen die Bauteileigenschaften und das Layout eine wesentliche Rolle um die Ladung entsprechend in den 100nF zu bringen. Siehe dazu auch die Impedanzkurven von div. 100nF -Kondensatoren je nach Bauform.... viele (bedrahtete) Kondensatoren verhalten sich bei 1nS-Pulsen eher induktiv denn kapazitiv.... Daher - Ferrite sind nicht schlecht auch wenn sie recht bald in Sättigung geraten. LTSpice ist (D)ein Freund für diese Analysen. BTDT... Grüße MiWi
Wenn ich mal fragen dürfte, wie genau misst man mit einem solchen ADC? Wie viel Aufwand muss in das Signal gesteckt werden (Filter, Mittelwert, was auch immer)? Gruß Knut
meine Erfahrung: Rauschfreie Auflösung im einstelligen Mikrovolt-Bereich ist möglich. Hängt natürlich auch stark von der Messfrequenz ab. Über 1000Hz kann man gleich einen 16 Bit Wandler nehmen. 50Hz Netzeinstreuung ist problematisch wenn der Sensor nicht direkt auf der Platine sitzt. Problem ist nicht die Auflösung, sondern die Langzeit-Stabilität. Werte aus Datenblättern: Nichtlinearität ADC +-10ppm 1000h Langzeitstabilität Referenz: +-50ppm Temperaturdrift Referenz: +-5ppm/°C Genauigkeit Referenz: 0,1% (=1000ppm) !!
Mich würde auch mal interessieren, welche Application eine solche Auflösung erfordert. Knut
Mehr ist besser? ;) Hier war mal jemand der hat kleine Temperaturänderungen bei chemischen Reaktionen gemessen.
Knut schrieb: > Mich würde auch mal interessieren, welche Application eine solche > Auflösung erfordert. In der Wägetechnik braucht man das locker. Thomas K. schrieb: > Werte aus Datenblättern: > > Nichtlinearität ADC +-10ppm Kann man beim LTC2400 prima linearisieren da in erster Näherung eine Parabel als Fehlerkurve vorhanden ist. -> nach Linearisierung ca 1ppm. > 1000h Langzeitstabilität Referenz: +-50ppm Bei richtigem Handling der Referenz (Streßfreier Einbau, 1000H Voralterung vor der Kalibrierung usw) kommt man auf unter 5ppm. Ich habe bei 2 Referenzen LT1027 innerhalb eines Jahres (knapp 9000 Stunden) an 2 verschiedenen 6,5-stelligen Multimetern jeweils maximal 1 Digit (10uV) Unterschied gemessen (Normiert auf gleiche Referenzsspannungstemperatur). > Temperaturdrift Referenz: +-5ppm/°C die erwähnten LT1027 haben jeweils <2ppm/K Temperatursteigung. Nach Kompensation mittels direkt an der Referenz verbauten NTCs erreiche ich im Temperaturbereich 10..40 Grad etwa 2ppm (+/-1ppm) stabilität. > Genauigkeit Referenz: 0,1% (=1000ppm) !! LT1027CCN8-5 hat 0.05% ohne Abgleich. Die mit Abgleich erreichbare Genauigkeit ist natürlich Abhängig vom Vergleichsnormal. Ein paar andere Aspekte: - Rauschen: ist bei mir ca 10-20uVpp -> Mittelung über 1 bis mehrere Minuten der Meßwerte für rauschfreie Auflösung < 1 uV notwendig. - Feuchtigkeit ist auch ein Problem: ca 0,4ppm Drift je % Luftfeuchte Gruß Anja
>Rauschfreie Auflösung im einstelligen Mikrovolt-Bereich ist möglich.
Ja, aber diese "Auflösung" ist nur sinnfreies Gezappel. Beim ADC des TE
beträgt der "Total Unadjusted Error" typisch 10ppm von Vref, das wären
dann rund 50µV. Also letztlich nur 16bit Genauigkeit aus einem 24bit
Wandler, und das gerade mal "typisch"...
Ina schrieb: > Ja, aber diese "Auflösung" ist nur sinnfreies Gezappel. Wenn ich das ganze in Relation zu käuflichen Multimetern sehe z.B. das HP34405 5,5 stellig hat auch nur 300ppm / Jahr und das HP34401 6,5 stellig hat 40 ppm / Jahr dann kommt man zumindest im Bereich 0..5V (solange keine Spannungsteiler im Spiel sind) mit relativ wenig Geld (aber viel zeitlichem Aufwand für die Kalibrierung) ziemlich weit. Gruß Anja
Wegen ESD - in den Applikationsschaltungen ist am Vi oft ein 5kOhm in Reihe zum Eingang zu sehen. Einen richtigen Eingangswiderstand gibt es nicht durch das "switched capacitor network". Mit 5K am Eingang plus der Eingangskapazität müsste doch schon was zu machen sein. (?) Ich würde mal den Fehler messen.
Joe Redfish schrieb: > Mit 5K am Eingang plus der Eingangskapazität müsste > doch schon was zu machen sein. (?) Ja man erhöht drastisch die Nichtlinearität (siehe Datenblatt). Womit wir wieder bei meiner Aussage vom 29.05. sind: Man braucht einen Pufferverstärker wenn man filtern möchte. Gruß Anja
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