ESD-Schutz bei analogen Signalen

Ich habe ein Board, dessen Mikrocontroller-Pins direkt zu einem Breakout-Header ausbrechen. Ich bin mir ziemlich sicher, dass sich das Board beim Testen nicht in einer ESD-sicheren Umgebung befinden wird.

Ich entschied mich für ziemlich standardmäßige ESD-Dioden und legte sie über alle Digital-Pins. Sie haben eine Kapazität in den pFs, sollten also dort keine Verzerrungen verursachen.

Meine Frage ist, ob es in Ordnung ist, ESD-Dioden an analogen Eingängen zum Mikro zu platzieren. Gibt es eine Möglichkeit, die Genauigkeit dieser Eingaben zu verringern?

In der Vergangenheit wurde mir gesagt, ich solle die Verwendung von ESD-Dioden bei sehr schnellen Signalen vermeiden (in meinem Fall war es MIPI-DSI), da die sehr niedrige Kapazität erheblich werden kann. Ich frage mich nur, ob es andere Fälle gibt (analoge Eingänge sind einer), in denen diese Bedenken berücksichtigt werden sollten.

Danke!

Antworten (3)

Zunächst möchte ich betonen, dass alle Mikrocontroller-Chips bereits einen On-Chip-ESD-Schutz haben, ohne den sie fast unmöglich zu handhaben wären.

Aber es ist in der Tat eine gute Idee, Pins, die von außen berührt werden können, und/oder Schnittstellen zu anderen Platinen usw.

Sie können die analogen Pins genauso behandeln wie die digitalen Pins und denselben Schutz hinzufügen. Im Normalbetrieb leiten die zusätzlichen ESD-Vorrichtungen nicht und können daher das Signal nicht beschädigen. Sie werden die Genauigkeit überhaupt nicht verringern. Lassen Sie mich noch einmal darauf hinweisen, dass die Pins bereits einen ESD-Schutz im Chip haben. Typischerweise ist das eine Schaltung wie diese:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die 2 Dioden auf der linken Seite sind zusätzliche externe Dioden, nicht wie sie parallel zu 2 der On-Chip-Dioden sind.

Nur bei sehr hochfrequenten Signalen, entweder analog oder digital (wie MIPI), kann der ESD-Schutz den Betrieb beeinträchtigen. Aber sehr oft fügen Kabel und Leiterbahnen mehr Kapazität hinzu als die kleinen ESD-Schutzvorrichtungen.

Würde es nicht auch von den wirklich kleinen analogen Signalen beeinflusst werden? Lecks in den Dioden?
Definieren Sie "wirklich klein", im Allgemeinen würden Sie ein "wirklich kleines" und leicht zu störendes Signal nicht direkt in einen analogen Eingang einer MCU einspeisen. Sie würden zuerst das Signal verstärken. Auch Diodenleckage ist ein Strom und im Allgemeinen haben MCUs Spannungseingänge. Leckage ist auch Gleichstrom, kein Signal. Wenn das Rauschen einer ESD-Diode ein Problem darstellt, ist Ihr Signal zu klein und/oder hat einen zu hohen Impedanzpegel, sodass es zuerst verstärkt und/oder gepuffert werden sollte.
Der On-Chip-ESD-Schutz soll im Allgemeinen nur vor ESD-Ereignissen schützen, die während der Herstellung auftreten können. Es reicht fast nie aus, die Art von Ereignissen zu bewältigen, die im Feld passieren, wenn ein Schaltungsknoten für menschlichen Kontakt zugänglich ist oder Kabel ein- oder ausgesteckt werden.

Wenn die an Ihren analogen Eingängen eingespeisten Signale sehr klein sind, sollten Sie sich darüber im Klaren sein, dass die ESD-Diode einen Leckstrom (Nano- oder Mikroampere) hat und Schrotrauschen erzeugt, insbesondere wenn am Eingang eine hohe DC-Vorspannung anliegt.

Dies wird im Allgemeinen gelöst, indem das kleine/schwache Signal verstärkt und/oder gepuffert wird, bevor es irgendwelche langen Drähte und/oder einen ESD-Schutz erreicht. Kleine / schwache Signale direkt (ohne Pufferung) in einen Mikrocontroller einzuspeisen, ist problematisch. Erfahrene Schaltungsdesigner tun dies einfach nicht, weil es ein Rezept für eine Katastrophe ist. Nach der Pufferung ist der Diodenverlust irrelevant, da der Puffer die Spannung unabhängig vom Leck- oder Rauschstrom von der ESD-Diode erzwingt.
@Bimpelrekkie Der ESD-Schutz muss sich auf dem Schaltungsknoten befinden, der für die Außenwelt zugänglich ist. Es hinter einen Verstärker zu stellen, verfehlt den Zweck.
@ThePhoton So habe ich mir den Aufbau vorgestellt: Sensor => Verstärker => Stecker => Kabel => Stecker zu anderer Platine => ESD-Schutz => MCU. dh der Verstärker ist auf einer anderen Platine

Tatsächlich gibt es ESD-Dioden mit niedriger Kapazität für Hochgeschwindigkeitssignale. Aber TVS-Dioden sind vielleicht das, was Sie brauchen.

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