Schutz der Portpins eines 3,3V-FPGA: erste Überlegungen

[Michael (Gast)]

Hallo!

Wie schonmal geschrieben, soll ich eine Schaltung entwickeltn, welche
unsere FPGA-Boards vor Kurzschlüssen (FPGA-Pin sendet und externer
Logikbaustein sendet auch) sowie vor zu hohen Spannungen (5V) schützen
soll.

Ich habe jetzt schon konkrete Überlegungen angestellt:

Schutz vor zu hohen Eingangsspannungen mache ich mit SN74CB3T3245,
8-bit FET-Bus-Switches.
Die Sache sieht schonmal sehr gut aus.

Zum Schutz vor Kurzschlüssen wollte ich Widerstände in die Leitungen
einbauen.
Das ist aber ein Problem: Widerstand zu klein: zu hoher Strom kann
fliessen, Widerstand zu gross: Signalqualität schlecht

Das Problem ist dort, dass nicht nur ein Portpin kurzgeschlossen werden
kann, sondern gleich 32 oder 64 (wenn das Richtungssignal der
bidirektionalen externen Baugruppe falsch ist). Ein Port kann zwar 40mA
verkraften, aber wenn gleich 64x 40mA = 2,560A...
Am liebsten möchte ich 3,3kOhm Widerstände einsetzen, so dass pro Port
maximal 1mA fliessen kann. Aber wie siehts da mit der Signalqualität
aus? Bei 10MHz, 40MHz, 50MHz?


Zum Aufbau:
Die Elektronik ist auf einer Platine untergebracht, welche direkt auf
das FPGA-Board gesteckt wird.

Direkt nach dem Stecker zu dem FPGA sind die Widerstände in den
Leitungen. Danach kommen die Bus-Switches. Danach die Stecker zu den
externen Baugruppen.
Die Stromversorgung der Switches kommt über Bananenbuchsen aus den
Labornetzteilen.
Diese Spannungsversorgung muss auch noch gegen Überspannung geschützt
werden.
Ich dachte an einen LT1584-CT3.3. Direkt an den kommen die
FET-Switches.
Davor eine Surpressor-Diode (6V) und eine Sicherung.
An die Bananenbuchsen legt man dann 5V an. Der Spanungsregler liefert
stabile 3,3V für die Switches. Legt man mehr als 6V an, so sorgt die
Surpressor-Diode dafür, dass die Sicherung (gibts da nicht
selbst-zurücksetzende?) fliegt. Sollte da noch ein Widerstand in die
Versorgungsleitung?

[Thomas O. (Gast)]

mit einer Surpressordiode und einer Sicherung wirste nicht glücklich
werden weil man die dann jedesmal tauschen muss, wenn du einen
Wiederstand nimmst und die Spannung steigt dann schaltet die
Surpressordiode gegen Masse wodurch eine höhere Belastung des
Wiederstandes zustande kommt und dann fällt die Spannung am Wiederstand
auf den Wert der Surpressordiode ab, die Schaltung läuft also auch bei
dauernd anliegender Überspannung, vorrausgesetzt der Wiederstand ist
richtig dimensioniert. Da hier mit hohen Frequenzen gearbeitet wird
würde ich fast sagen das SMD-Bauteile vorteilhaft wären(geringere
Kapazitäten).

Es gibt fertige IC die die den einfachen Überspannungsschutz mit 2
Dioden integriert haben und das für mehrere Pins z.b. 8fach Array. Also
von der Pinleitung eine Diode zur VCC und von der Masse eine Diode zur
Pinleitung. Laut einem Buch soll diese einfache Schaltung für
Spannungen zw. -300 und +300 ausreichen.

Hier sind welche die für kurzzeitige Kapazitive Entladungen gedacht
sind. Also falls sich mal einer mit seinem Nylon-Pulli am Bürostuhl
aufgeladen hat und dann deine Schaltung berührt. Ist aber das gleiche
Prinzip http://www.littlefuse.com/data/en/Data_Sheets/SP05xxBAC.pdf