Hallo zusammen, zum Schutz von Eingängen vor ES-Entladungen gibt es ja diverse Schutzbeschaltungen, wie z.B. den TPD2E001. Diese ganzen Beschaltungen sind ja dafür gedacht, I/O-Ports vor ESD zu schützen. Nun meine Frage. Wie sieht es denn mit Vcc / Gnd aus? Wie schützt man diese Eingänge denn vor ESD-Problemen? Konkret: Ich habe hier ein Gerät, bei dem ich mit einer > 4kV ESD-Entladung an Gnd einen ADC abschießen kann... Über Antworten würde ich mich sehr freuen! Grüße Alex
Alex D. schrieb: > Vcc / Gnd aus? Wie schützt man > diese Eingänge denn vor ESD-Problemen? z.B. durch sinnvolle Konstuktion, geeignete Masseführung, Opferbauelemente... Falls Dein Gerät zufällig an die Oberleitung der Eisenbahn kommt, bleibt sowieso nur ein Häufchen Asche.
Alex D. schrieb: > Nun meine Frage. Wie sieht es denn mit Vcc / Gnd aus? Das wird ja als erstes und wichtigstes geschützt - z.B. mit Filtern und Suppressor-Dioden. Sonst kannst du dir den Schutz der Eingänge gleich sparen. Gruss Reinhard
Alex D. schrieb: > Nun meine Frage. Wie sieht es denn mit Vcc / Gnd aus? Wie schützt man > diese Eingänge denn vor ESD-Problemen? > > Konkret: Ich habe hier ein Gerät, bei dem ich mit einer > 4kV > ESD-Entladung an Gnd einen ADC abschießen kann... Ohne Einzelheiten zu kennen und wenn die betroffene GND-Leitung/Fläche nicht vor Berührung zu schützen ist, würde ich lapidar sagen: indem Du durch entsprechende Schutzbeschaltung dafür sorgst, dass alle an den empfindlichen Bautein angschlossenen Leitungen den Potentialsprung von GND entsprechend mitmachen, so dass keine zu hohe Differenz zwischen GND und einem dieser Eingänge steht.
@oszi40: Das ist relativ unrealistisch. @ Reinhard Kern: Meinst du bspw. längs-L an die Vcc und Gnd-Eingänge? Und wie genau würdest du die Surpressordioden verschalten, um Vcc und Gnd zu "schützen"? @mse2: Ja, Vcc und Gnd muss nach außen geführt werden. Da geht kein Weg dran vorbei. Es muss auch berührt werden können. Was meinst du mit "entsprechender Schutzbeschaltung" genau? Um diese Beschaltung gehts mir ja :) Danke, Alex
VCC und GND sind normalerweise recht unempfindlich gegen ESD; Du hast ja bei jedem IC Abblockkondensatoren, die vom ESD nur wenig aufgeladen werden. Eine Transzorbdiode über dem Speisungseingang könnte noch einen zusätzlichen Schutz gegen ESD (und auch Verpolung) bieten. Durch ungeschicktes Layout ist eine ESD Empfindlichkeit der Schaltung möglich, deshalb eine möglichst durchgehende GND Fläche layouten. Die Signaleingänge müssen durch ESD Schutzelemente (z.B 0603 Varistoren) direkt an den Signaleingängen auf das PCB nach Erde abgeleitet werden, nicht erst innerhalb vom PCB. Innerhalb des PCB's sollte kein Strom infolge ESD fliessen können; weil dadurch Potentialunterschiede auftreten können, die wie ein Eingangssignal wirken. Reset Inputs von IC's können sehr empfindlich auf ESD Pulse reagieren; deshalb nur kurze Reset Leitungen und diese direkt am IC mit einem 1n gegen GND abblocken. Möglichst niederohmige Pullup/down Widerstände verwenden, insbesonders bei Inputs zum Einstellen von Betriebsmodi und Reset etc.
Alex D. schrieb: > Meinst du bspw. längs-L an die Vcc und Gnd-Eingänge? > Und wie genau würdest du die Surpressordioden verschalten, um Vcc und > Gnd zu "schützen"? Für die Versorgungsspannung(en) ist vor allem ein Netz-Eingangsfilter wichtig. Und Suppressordioden gibt es speziell für Versorgungsspannungen, die werden einfach direkt an z.B. +5V und GND angeschlossen und können z.B. (1,5KExxx) 1500 A aufnehmen, bei Überlastung schliessen sie den Eingang endgültig kurz. Dann müssen sie ausgewechselt werden, aber der Rest hat überlebt. Gruss Reinhard
Moin, okay, da hab ich mich wohl etwas falsch ausgedrückt. Es geht mit nicht um den Eingang der Spannungsversorgung. Der ist gut gefiltert und geschützt. Es geht um eine Eingangsbuchse, vergleichbar mit USB. Also einerseits Daten-I/Os, andererseits Vcc/Gnd quasi als Ausgang für die Peripherie. Wenn ich auf diesen Port schieße, entsteht der o.g. Fehler. Vcc/Gnd-Layer sind mit großflächigen Polygonen ausgestattet, die Datenpins mit ESD-Schutz...
Alex D. schrieb: > Moin, > > okay, da hab ich mich wohl etwas falsch ausgedrückt. Es geht mit nicht > um den Eingang der Spannungsversorgung. Der ist gut gefiltert und > geschützt. > > Es geht um eine Eingangsbuchse, vergleichbar mit USB. Also einerseits > Daten-I/Os, andererseits Vcc/Gnd quasi als Ausgang für die Peripherie. > Wenn ich auf diesen Port schieße, entsteht der o.g. Fehler. > Vcc/Gnd-Layer sind mit großflächigen Polygonen ausgestattet, die > Datenpins mit ESD-Schutz... Hm... dann wird wohl irgendwo eine Situation entstehen, mit der der Puls hinter den Filtern eingekoppelt wird. zB dadurch, daß das Gehäuse vollständig leitend ist, ein oder gar der gemeinsame Massepunkt auf der anderen Seite als die, von der eingekoppelt wird ist und durch den Puls "mitfloatet". Dann ergibt sich eine kapazitive Kopplung von ESD-Geschützem Bereich und ungeschützem Bereich. Bei den Transienten reichen schon pF an Koppelkapazität um durchaus destruktiv wirken zu können. Das ganze nennt sich "Groundlift". iaW: ohne genaues Wissen zu dem mech. Aufbau ist das textmäßig eher schwierig zu erkennen, was die Ursache ist. vielleicht hilfreich: www.humerboard.at/ftkl/Design_Techniques_For_%20EMC.pdf Grüße MiWi
Alex D. schrieb: > Es geht um eine Eingangsbuchse, vergleichbar mit USB. Dann wäge Aufwand und Nutzen ab. Eine leicht austauschbare "Opferbaugruppe" ist manchmal besser als eine dicke Crowbar-Konstruktion, die trotzdem nicht hilft. Im Zweifelsfall sind Optokoppler oder Glasfaser auch eine Lösung um böse Spannungen vom Rest fernzuhalten.
Alex D. schrieb: > Vcc/Gnd-Layer sind mit großflächigen Polygonen ausgestattet das reicht nicht oder ist je nach Ausführung sogar schädlich. Insbesondere GND-Flächen dürfen nirgends unterbrochen sein, das muss eine alles abdeckende geschlossene Fläche sein, gerade wenn es um EMV geht. Was nicht unmittelbar mit dieser Fläche verbunden ist hat im Sinne der EMV auch nicht GND-Potential. Gruss Reinhard
Bidirektionale Suppressordioden einfach von Eingang zu Masse, die haben natürlich alle eine Kapazität, die man, falls die Schaltung es braucht, beachten sollte. Ich nehme die ganz kleinen von Darisus.de -- TSEDU + Wert. Lassen sich schwer löten, seitlich gehts aber. Die sind sehr gut + geringe Kap., habe kapazitive Schalter im Freien installiert, haben bisher alle Gewitter und aufgeladene Personen überstanden.
@Oszi40: Leider kann es hier keine Opferbaugruppe geben. Der ADC ist ja quasi das Opfer - aber jeglicher Austausch zu viel. @rk-elektronik: Ist quasi so, wie du es sagst. @Jens: Was meinst du genau? Von welchem Eingang zu Masse, wenn ich die Masse schützen will?
Der 4kV Puls kommt ja nur aus einer 20pF kapazitaet oder so. Dh mit einer 100nF Kapazitaet am Eingang hat die Spannung schon mal um den Faktor 5000 heruntergeteilt. Sofern man diese 100nF am Eingang haben kann. Die Bandbreite ist dann natuerlich auch nirgendwo mehr. Man solte sich di Pruefvorschriften achon genau reinziehen, und nicht in Panik erstarren. Meiner Wissens gilt der Burst test nur fuer Speisungseingaenge. Ich kann mich aber taeuschen. Falls man nun mehr Bandbreite braucht, als ein 100nF noch hergibt muss man eine besseren Konstruktion bringen. Das Problem der Ueberspannungsableiter wie Transil, ZDioden, Transzorb, Gasableiter, VDR sind die nicht ganz ideal steile Kennlinie. Dh man kann nicht 5V Nutzsignal und 5V clamp haben.
Alex D. schrieb: > @Oszi40: Leider kann es hier keine Opferbaugruppe geben. Der ADC ist ja > quasi das Opfer - aber jeglicher Austausch zu viel. Nach meinen bisherigen Erkenntnissen geht alles kaputt, was von draußen kommt. Daher wäre es sinnvoll, die Baugruppe so zu konstruieren, daß sie jede eingewiesene Putzfrau nach Anleitung einfach tauschen kann. Einen ADC wird keiner vor Ort einlöten wollen. Besser ist natürlich wenn alles robust genug ist. Siebzehn und Fuenfzehn schrieb: > Der 4kV Puls kommt ja nur aus einer 20pF kapazitaet oder so. Dh mit > einer 100nF Kapazitaet am Eingang hat die Spannung schon mal um den > Faktor 5000 heruntergeteilt. Den Analog-Digital-Umsetzer mit 20pF am Eingang zu beschalten und 100nF gegen Masse? Da wird im normalen Betrieb nicht viel ankommen?
>Über Antworten würde ich mich sehr freuen!
Schaltplan? Layout? Aufbau? Ohne diese Details läßt sich nichts
Vernünftiges sagen.
oszi40 schrieb: > Nach meinen bisherigen Erkenntnissen geht alles kaputt, was von draußen > kommt. Stimmt! > Daher wäre es sinnvoll, die Baugruppe so zu konstruieren, daß sie > jede eingewiesene Putzfrau nach Anleitung einfach tauschen kann. Einen > ADC wird keiner vor Ort einlöten wollen. Besser ist natürlich wenn alles > robust genug ist. Besser wäre es. Geht aber nicht, wenn die Baugruppe nicht in einem Gehäuse sitzt sondern 'die Putzfrau' die Platine in die Hand nimmt.
Kai Klaas schrieb: >>Über Antworten würde ich mich sehr freuen! > > Schaltplan? Layout? Aufbau? Ohne diese Details läßt sich nichts > Vernünftiges sagen. Stimmt auch, trotzdem: Alex D. schrieb: > @Jens: Was meinst du genau? Von welchem Eingang zu Masse, wenn ich die > Masse schützen will? Von jedem Eingang, der irgendwie beschaltet ist, zu Masse. Was heißt überhaupt 'Masse schützen'? Geht nicht, wenn jemand da anfassen kann. Du kannst dann bestenfalls verhindern, dass sich das Potential der Masse zu weit von den Potentialen der anderen Leitungen entfernt, die mit dem empfindlichen Baustein verbunden sind.
mse2 schrieb: > Was heißt überhaupt 'Masse schützen'? Geht nicht, wenn jemand da Evtl. drückt Alex sich nur schlecht aus? Die MasseVerbindung sollte immer ZUERST Kontakt bekommen (dann erst die Signalleitungen) und ZULETZT unterbrochen werden. Beispiel USB-Stecker-Aufbau! Damit verhindert man schon die gröbsten Sünden beim Anstecken. Gegen Überspannung muß natürlich ein elektrisch eleganter Aufbau gefunden werden. Normalerweise könnte dazu auch ein Applikationshinweis im Datenblatt zu finden sein.
Alex D. schrieb: > Konkret: Ich habe hier ein Gerät, bei dem ich mit einer > 4kV > ESD-Entladung an Gnd einen ADC abschießen kann... Deiner ESD Entladung ist es ziemlich egal wo Sie in das Gerät einschlägt. Sie ballert auf ihrem Weg in Richtung zweiter Pol des Entladegerätes alles kaputt was ihr im Weg steht. Schutzmaßnahmen dagegen sind abhängig vom Einsatz. U.B. - Schirmung - Kondensator / Ableiter gegen Erde (das ist nicht GND) - Widerstand in die externe Masseleitung nach Außen (wenn möglich) - Induktivität dito. - Galvanische Trennung des ADC's Das kann man dann alles wunderbar mixen. Schirmung und Ableiter möglichst nah am Stecker nach draußen. Entwickler wollen immer alles auf der Leiterplatte machen. Aber ob es sinnvoll ist die ESD Energie mit großen Masseflächen auch noch einzuladen durch die gesamte Platine zu ballern halt ich für "diskussionswürdig".
Der Rächer der Transistormorde schrieb: > Entwickler wollen immer alles auf der Leiterplatte machen. Willst du die Schutzkomponenten für jeden Ein/Ausgang fliegend verdrahten? Dann sieht dein Gerät aus wie ein Volksempfänger-Radio aus Kriegszeiten. Gruss Reinhard
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