Ich habe hier ein Problem mit einem Signal mit einer Impedanz im Kiloohmbereich, das es aber trotzdem schafft, mir den Eingang des ADCs durch zu hohe Spannung zu zerstören. Einfach eine (Z-)Diode zum klemmen zu nehmen geht schief, da deren Leckstrom die Messung schon zu sehr verfälscht. Da gibt es doch bestimmt schon lange bessere Schaltungen. Ich finde sie allerdings nicht, kann natürlich an den falschen Suchbegriffen liegen.
Der ADC wird mit 3,3V (unipolar) versorgt. Die Spannung an seinem Eingang muss unter dieser Versorgungsspannung bleiben. Wenn die Schaltung auch noch negative Spannungen klemmen würde, wäre das sogar noch besser.
Es geht zum Glück auch nicht um eine Serienproduktion mit Kostendruck.
Kann mir jemand ein Schaltbild von so einer Schaltung zeigen oder mir sagen, wo ich eines finde (aber nicht nur Google oder Tietze/Schenk schreiben) ?
Also eine vom Eingang zur Versorgung des ADCs oder eine andere 3.3V Spannung (hier als Senke) und eine Diode von Masse zum Eingang.
Irgendeine Diode mit Shottky und 0,3V.
Je nach Signal musst Du dafür sorgen, dass die Versorgung durch das Signal nicht unzulässig angehoben wird. Das ist dann der Fall, wenn das Signal z.B. 5V100mA liefert, die Schaltung aber nur 30mA braucht, der ADC nur 4V darf und die Versorgung nicht "rückspeist". Meistens aber kein Problem.
Kann mir jemand ein Schaltbild von so einer Schaltung zeigen
Ublich ist
1
+--|>|----+----+----+-- +3.3V
2
| | | _|_
3
Eingang --R1--+---R2---ADC 100nF /_\' ZD3V9
4
| | | |
5
+--|<|----+----+----+-- GND
Damit liegt die Zenerdiode außerhalb des Signalweges und die Schutzdioden können Pikoamperedioden sein, obwohl meist BAV199 verwendet wird. Die Widerstände sind entsprechend dem zulässigen Strom vs. Eingangsimpedanz zu berechnen.
Für hohe Frequenzen (USB) gibt es so was sogar fertig.
Die durch die Dioden erlaubten 4 bis -0.7V oder gar 4.3 bis -1V führen durch Strom durch R2 in die Eingangsschutzdioden des IC. Der muss halt durch Wahl von R2 austeichend niedrig sein.
Man könnte die Dioden auch an +0.8V und +2.5V führen damit die auf weniger begrenzen, aber dann ist unterhalb von 0.5 und oberhalb von 3V mit Fehlereinfluss durch zunehmenden Diodenstrom zu rechnen.
Ich habe hier ein Problem mit einem Signal mit einer Impedanz im
Kiloohmbereich, das es aber trotzdem schafft, mir den Eingang des ADCs
durch zu hohe Spannung zu zerstören.
Welchen Frequenzbereich hat das Signal, wie sieht das Signal aus, dass aus der Quelle komm, weiche Eingangskapazität hat dein ADC, welche Auflösung hat der ADC?
Ein paar mehr Fakten wären nicht schlecht.
Eine Handvoll Universaldioden 1N4148. Sind kapazitätsarm und sperren sehr gut.
Also Signal über Vorwiderstand an den ADC-Pin, von dort eine in Sperrichtung nach Masse, begrenzt auf minus 0,6V.
Vom selben Pin mehrere in Reihe geschaltete in Flussrichtung, ebenfalls nach Masse. Also eine sperrstromarme Ersatz-Zenerdiode.
Mit dem Quellwiderstand im Kiloohmbereich plus Vorwiderstand in der Signalleitung kommen die Dioden nie über 0,5 bis 0,6 Volt pro Stück.
Weder wird die Betriebsspannung angehoben, noch fliesst von ihr ein störender AC-Anteil in den ADC-Eingang.
Ich habe hier ein Problem mit einem Signal mit einer Impedanz im
Kiloohmbereich, das es aber trotzdem schafft, mir den Eingang des ADCs
durch zu hohe Spannung zu zerstören.
Das glaube ich nicht, Dave. Nenne Roß und Reiter. Welcher ADC, was für eine Quelle?
Der ADC wird mit 3,3V (unipolar) versorgt. Die Spannung an seinem
Eingang muss unter dieser Versorgungsspannung bleiben. Wenn die
Schaltung auch noch negative Spannungen klemmen würde, wäre das sogar
noch besser.
Praktisch jeder heutige ADC hat am Eingang Klemmdioden nach GND und Vcc. Es reicht also ein simpler Serienwiderstand, der den Strom durch diese Klemmdioden begrenzt. Andererseits sollte "eine Impedanz im Kiloohmbereich" das schon von sich aus tun. Deswegen mein oben geäußerter Unglaube. Gegen Überspannungsimpulse hilft gegebenfalls ein Kerko gegen GND. Kommt aber auf das Signal an, ob das geht.
Ich habe hier ein Problem mit einem Signal mit einer Impedanz im
Kiloohmbereich, das es aber trotzdem schafft, mir den Eingang des ADCs
durch zu hohe Spannung zu zerstören. Einfach eine (Z-)Diode zum klemmen
zu nehmen geht schief, da deren Leckstrom die Messung schon zu sehr
verfälscht.
So ziemlich jeder modere ADC hat klemmdioden integriert, und verträgt 1mA Strom bei Überspannung.
Will sagen mit Beispiel: Versorgung 5V, extern angelegte Spannung 25V -->
20 kohm Vorwiderstand. Mehr Ohm soweit möglich -- wenn der ADC Typ hier genannt wird, kann man weiterhelfen.
Wenn Du mit schnellen Transienten rechnen musst weil Dein (nur Dir bekannter hier nicht genannter Messaufbau) sowas hat: Zusätzlich 22nF..10nF direkt an den ADC Eingang.
Allerdings haben kleine Schottkydioden einen Leckstrom von etwa
0,5µA@3V@25°C.
Das passende Stichwort lautet "low leakage" Dioden. Und da findet sich dann schnell die erwähnte BAV199. Urigerweise "verkauft" die sich in der Übersicht dort relativ schlecht:
Da steht dann tatsächlich 5nA Sperrstrom, aber wenn man das DB aufmacht, wird sie schlagartig 100..1000x besser.
Diese Dioden sind auch für die Versorgung von RTC gut, weil die dann nur die RTC versorgen und nicht über ein paar µA in die dranhängende Schaltung die Batterie entladen.
Ich habe mal eine 8-Kanal Analogeingabe mit Differeneingängen für Industrieanwendung entwickelt. Da war einiges an Schutzmaßnahmen drin. Wichtig war auch, dass die Genauigkeit durch die Schutzmaßnahmen nicht zu sehr leidet.
Siehe Anhang.
Für Audio-Anwendungen findet sich an dieser Stelle ein aus Vref versorgter Pufferverstärker (op-amp mit rail-rail i/o). Damit ist eine niederohmige Ansteuerung gewährleistet und das Problem verlagert sich zu den OP-Eingängen.
