ESD-Schutz für ADC

[Mark U. (residuum)]

Hallo,

ich will einen Temperatursensor PT100 mit einer Schaltung aus einer 
Application Note auslesen, das Bild zeigt die Schaltung dazu. Ich habe 
Sorge, dass beim Anschließen des Sensors die Eingänge des ADC durch ESD 
beschädigt werden. Deshalb suche ich eine geeignete Schutzschaltung. Da 
die Widerstandsänderung des Sensors über die Temperatur sehr gering ist, 
sollte die Schutzschaltung das Messergebnis nicht beeinflussen.

Die Schaltung soll mit 5V betrieben werden, der MCP3551 verträgt dann an 
den Eingängen laut Datenblatt nur Spannungen im Bereich von -0,3V und 
5,3V.

Ich bin gespannt, ob und wie das möglich ist.

Danke und Grüße
Markus


Datenblatt ADC:
https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20001950F.pdf

Application Note:
https://ww1.microchip.com/downloads/aemDocuments/documents/OTH/ApplicationNotes/ApplicationNotes/00001154B.pdf

[Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)]

> Deshalb suche ich eine geeignete Schutzschaltung.

mit den passenden Schottky-Dioden klemmen:
https://www.eevblog.com/forum/beginners/adc-input-protection/

Man könnte auch einen ADC mit integrierter ESD-Protection auswählen.

[Rainer W. (rawi)]

Mark U. schrieb:
> Da die Widerstandsänderung des Sensors über die Temperatur sehr gering
> ist, sollte die Schutzschaltung das Messergebnis nicht beeinflussen.

Als erste Maßnahme solltest du dann für deinen Sensor einen 
4-Leiterabschluss wählen.

[Bradward B. (Firma: Starfleet) (ltjg_boimler)]

Vielleicht kann man auch hilfreiches aus dem Schutz von Digitaleingängen 
entnehmen:

Beitrag "Digitaleingang ESD-Schutz Modularsynth"

[Rainer W. (rawi)]

Mark U. schrieb:
> Da die Widerstandsänderung des Sensors über die Temperatur sehr gering
> ist, sollte die Schutzschaltung das Messergebnis nicht beeinflussen.

Als erste Maßnahme solltest du dann für deinen Sensor einen 
4-Leiterabschluss wählen.

> Ich habe Sorge, dass beim Anschließen des Sensors die Eingänge des ADC
> durch ESD beschädigt werden.

Schließe den masseseitigen Anschluss des Sensors zuerst an (voreilender 
Kontakt). Der Pt100 ist so niederohmig, dass dann am anderen Anschluss 
keine elektrostatischen Ladungen mehr auftreten können.

[H. H. (hhinz)]

Bradward B. schrieb:
>> Deshalb suche ich eine geeignete Schutzschaltung.
>
> mit den passenden Schottky-Dioden klemmen:
> https://www.eevblog.com/forum/beginners/adc-input-protection/
>
> Man könnte auch einen ADC mit integrierter ESD-Protection auswählen.

Ist doch eh vorhanden:
1.1 Maximum Ratings*
All inputs and outputs w.r.t VSS .... -0.3V to VDD + 0.3V
Current at Input Pins .....................±2 mA

[Mark U. (residuum)]

Das mit den Schottky-Dioden hatte ich auch schon irgendwo gelesen. Aber 
haben die nicht auch Leckströme(?), die das Messergebnis verfälschen 
würden?

[Dietrich L. (dietrichl)]

Mark U. schrieb:
> Das mit den Schottky-Dioden hatte ich auch schon irgendwo gelesen. Aber
> haben die nicht auch Leckströme(?), die das Messergebnis verfälschen
> würden?

Dann nimm andere Dioden mit geringem Leckstrom.
Die etwas höhere Spannung kann mit einen Widerstand zur Strombegrenzung 
vor den ADC-Eingängen abgefangen werden.
Und das, wie schon erwähnt, am besten zusammen mit Vierleitertechnik.

[Mark U. (residuum)]

H. H. schrieb:
>> Man könnte auch einen ADC mit integrierter ESD-Protection auswählen.
>
> Ist doch eh vorhanden:
> 1.1 Maximum Ratings*
> All inputs and outputs w.r.t VSS .... -0.3V to VDD + 0.3V
> Current at Input Pins .....................±2 mA

Wie ist das mit der integrierten Schutzschaltung? Im Datenblatt steht 
unter den "Absolute Maximum Ratings":
ESD protection on all pins (HBM, MM) >= 6 kV, >= 400V

Wie ist diese Angabe zu verstehen? Vielleicht reicht das ja schon und 
eine zusätzliche Schutzschaltung wird gar nicht benötigt?

[Dirk F. (dirkf)]

Bradward B. schrieb:
> mit den passenden Schottky-Dioden klemmen:

Besser mit Dioden mit geringem Leckstrom, sog. Picoamperedioden.
Z.B. BAV199  als Doppeldiode in einem Gehäuse.

Serienwiderstände vor und nach der Schutzbeschaltung !

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Mark U. schrieb:
> H. H. schrieb:
>>> Man könnte auch einen ADC mit integrierter ESD-Protection auswählen.
>>
>> Ist doch eh vorhanden:
>> 1.1 Maximum Ratings*
>> All inputs and outputs w.r.t VSS .... -0.3V to VDD + 0.3V
>> Current at Input Pins .....................±2 mA
>
> Wie ist das mit der integrierten Schutzschaltung?

Der ADC hat die übliche Schutzschaltung mit 2 Dioden (gegen Vcc und GND) 
und einem Serienwiderstand. Die Dioden vertragen (mindestens) die 
besagten 2mA. Und zwar Dauerstrom, pulsweise Belastung ist nicht näher 
spezifiziert (Hersteller/FAE fragen).

Die maximalen Spannungswerte gelten für potente Spannungsquellen. Also 
welche die dann mehrere Ampere Strom liefern und so die Schutzdioden 
zerstören können. Nicht für evtl. geladene parasitäre Kapazitäten wie 
sie in der Praxis auftreten. Bei einem Pt100 aber unwahrscheinlich wenn 
man den mit einem voreilenden GND-Kontakt anschließt.

Zur weiteren Strombegrenzung kann man einen zusätzlichen 
Serienwiderstand vorsehen. Wann der anfängt den Meßwert zu verfälschen, 
ergibt sich aus dem Datenblatt. Bei den heute üblichen kapazitiven SAR 
Wandlern hilft dann aber ein Kondensator am ADC-Eingang.

[Dirk F. (dirkf)]

> All inputs and outputs w.r.t VSS .... -0.3V to VDD + 0.3V
> Current at Input Pins .....................±2 mA

R zwischen Schutzbeschaltung und ADC:
R = U / I  =  (0,7V - 0,3V) / 2 mA  =  Min. 200 Ohm