Ich will mit meinen Controller mehrere Sensoren über den ADC erfassen. Der Controller wird mit 3,3V versorgt. Die Maximale zulässige Spannung an den GPIO’s beträgt 4V. Ich hoffe von euch Tipps zu bekommen wie ich an besten den Eingang gegen Überspannung absichern kann/sollte. Die Sensorwerte die ich abtasten will sind sinusförmig (Frequenz liegt unter 1 kHz) und haben einen 5V_Spitze bzw. 10V_SS Amplitude. Meine Überlegung ist das Signal über OP-Schaltung (Impedanzwandler -> Addierer) auf einen Wertebereich von 0 – 3 V zu skalieren. Nachschalten würde ich eine Filterstufe und TVS-Dioden eventuelle Spitzen wegfiltern zu können. Das Problem was ich vermute ist wenn der Sensor mal schwankende Werte liefert (was nicht passieren sollte) würden die beim worst case Fall die 4V eventuell übersteigen und somit den Eingang schädigen. Wäre es dann eine Sinnvolle Überlegung die OP-Schaltung mit max. 4 v zu Versorgen. Die sollten dadurch ja in etwa 3,3V Ausgangsspannung liefern können? Aktuelle Überlegung: Sensor -> Impedanzwandler -> Addierer (Offset der Welchelspannung) -> Tiefpass -> TVS-Dioden Freue mich über konstruktive Ideen. Grüße
Nils P. schrieb: > Nachschalten > würde ich eine Filterstufe und TVS-Dioden Sehr schlechte Idee. TVS und andere Spannungsbegrenzer gehören ganz an die Front. Dein Design bedeutet, dass Teile der Schaltung schon im Nirwana sind bevor die zerstörende Spannung die TVS-Dioden überhaupt erreicht, mit unabsehbaren Folgen - im Extremfall springt die Spannung über den zerstörten OpAmp auf die Versorgung über und vernichtet den Rest der Schaltung, und das einzige unbetroffene Bauteil ist die TVS-Diode, weil die ja durch den vorgeschalteten Filter "geschützt" wurde... Georg
Schalte einfach einen Widerstand vor den analogen Eingang. Den Rest erledigen die ESD Schutzdioden im innern des Chips. Wenn man jetzt wüsste, um welchen Controller es konkret geht, könnte man im Datenblatt prüfen, ob dessen Eingänge überhaupt ESD Schutzdioden haben und welche Widerstandwert als maximal empfohlen wird.
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@George: Danke für die bildliche Beschreibung ;)
Werde ich berücksichtigen
@Stefan Us: Es handelt sich um den TM4C1294, so wie es aussieht besitzt
dieser Controller bereits eine ESD-Diode. Demnach müssten ich jetzt
nurnoch Cs und Rs auslegen. I_{L} ist mit 2uA angegeben.
Wenn ich das richtig deute muss ich doch schauen wie der Widerstand Rs
nach den maximalen Strom über die Diode nach Vdd oder die ESD Clamp
ließen kann?
:
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Nils X. schrieb: > muss ich doch schauen wie der Widerstand Rs > nach den maximalen Strom über die Diode Einerseits, das ergibt eine untere Grenzs für Rs. Andrerseits musst du natürlich den Fehler berücksichtigen durch die Spannungsteilung zwischen Rs und dem Eingangswiderstand am Pin, das ergibt die obere Grenze für Rs durch den maximal zulässigen Fehler. Ist die kleiner als die untere hast du ein Problem. Georg
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Wenn du als Eingang ±5V hast, reicht ein Widerstand allein nicht. Der Pegel muß angepasst werden(*). Also war dein OpAmp keine schlechte Idee. Kann man aber auch nur mit Widerständen realisieren. Eine Frage ist dabei, ob der Sensor den Eingangsstrom liefern bzw. aufnehmen kann. Das andere Problem ist Abhängigkeit des Offset von Vcc. (*) Vadcin geht von 0 bis Vdda (Single Mode) oder -Vdda bis +Vdda (Differential Mode) dabei gilt Anmerkung f: Signal Common = Vdda/2 p. 1861/62 http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tm4c1294ncpdt.pdf
> Schalte einfach einen Widerstand vor den analogen Eingang. > Den Rest erledigen die ESD Schutzdioden im innern des Chips. Damit haben wir mal eine Überraschung mit einem Motorola-DSP erlebt. Trotzdem wir zusätzliche Schottkies parallel zu den internen Dioden hatten, reagierte der ADC (oder der integrierte Mux davor) empfindlich auf Spannungen über 3,4V (Übersprechen auf andere Kanäle). Lange ging es gut, bis unser Fertiger eine Rolle BAT54S bekam, deren Forward-Spannung um ein paar mV höher war.
murja schrieb: > Kann man aber auch nur mit Widerständen realisieren. Weil ich grade noch mal ins DB geschaut hab: Der Radc entspricht 2.5kΩ mit einem Quellwiderstand Rs<250Ω. Ein OpAmp ist also immer erforderlich (irgendwie haben mich die 2µA abgelenkt); sei es als Spannungsfolger nach dem passiven Netzwerk oder in anderer Beschaltung. Würde eine Invertierung des Signals sehr stören?
Erst mal OpAmp und das so-machen-es-alle-Zubehör - und dann über die dadurch entstehenden Zusatz-Probleme nachdenken... Vielleicht erzählst du erst mal, welcher Frequenzbereich deiner ADC-Input-Signale erfasst werden soll. Bei Frequenzen unter 1 kHz kann man es oft PASSIV erledigen: Hauptsache, Zadc > Zs * 4096 (bei 12 ADC-Bits). Und Rs << R_Leak des ADC-Eingangs. Ob es geht, muss berechnet werden, aber vielleicht wird die Fehlerbetrachtung für ein zusätzliches aktives Bauteil überflüssig...
Soweit ich das verstanden habe bedeutet die max-Strom-Angabe bei den internen ESD-Dioden dass dieser Strom dauernd über diese Diode auf die Versorgungsleitung fliessen darf. Der Wert im niedrigen mA-Bereich hat mich schon verwundert. Der ESD-Spitzenstrom im eigentlichen (kurzen) Überspannungs-Vorfall soll wesentlich höher sein.
Du wirst staunen: bei einigen anderen IC's steht im Datenblatt, dass die ESD Dioden maximal 1 oder 2mA vertragen! Da muss man zwischen Betrieb und nicht-Betrieb unterscheiden. Kurzzeitig vertragen die Dioden viel mehr, aber in der Schaltung dahinter kann eine Fehlfunktion ausgelöst werden. Häufig auch eine dauerhafte Fehlfunktion, die man nur durch Power-Cycle wieder lösen kann. Besonder gefürchtet ist der häufig vorkommende Latch-Up Effekt, bei dem der Chip intern einen Kurzschluss baut und dadurch heiß wird.
Stefan U. schrieb: > Du wirst staunen: bei einigen anderen IC's steht im Datenblatt, dass die > ESD Dioden maximal 1 oder 2mA vertragen! Deswegen ist es ja auch ziemlich pfuschig, die Transientenunterdrückung den internen Dioden zu überlassen. TVS-Dioden verkraften mindestens 10000 mal höhere Impulsströme. Georg
Danke für die vielen Beiträge. In dem Datenblatt finde ich die Impedanzwerte für den ADC-Input siehe Anhang nur verstehe ich nicht die Bezeichnung Rs nicht direkt. Rs kann ja nicht der in der Skizze eingezeichnete Widerstand sein, da er sich doch außerhalb des Pins (externe Beschaltung) befindet?
Nils X. schrieb: > da er sich > doch außerhalb des Pins (externe Beschaltung) befindet? Klar ist er ausserhalb - die Quelle, die gemessen werden soll, ist eine Spannungsquelle mit der Spannung Vs, dem Innenwiderstand Rs und der Kapazität Cs. Ohne Kenntnis dieser Werte kann man überhaupt nicht berechnen, ob die Messung den Ansprüchen genügt. Hätte beispielsweise dein Messeingang ebenfalls Rs als Eingangswiderstand, hättest du schon einen Messfehler von 50%. Georg
Wenn man nur Ileak=2µA und Ulsb=1.22mV für die Schätzung hernimmt, muß Rs<=610Ω sein. Die passive Schaltung hat mit der oben angeführten Dimensionierung einen Innenwiderstand von 6kΩ. Man könnte natürlich auch die R nach unten skalieren, was aber dann den Sensor stärker belastet. Was ist das übrigens für eine Ding und welcher Daten hat der?
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