Proteção ESD da entrada ADC

Quero proteger uma entrada ADC do MCU (PIC18F67J60) (0 a 3,3V) contra surtos de ESD.

Vi abordagens diferentes e tenho algumas dúvidas sobre qual seria o método preferido. Ou possível apenas prós e contras de cada método.

Os métodos são:

• Um diodo TVS com a tensão de trabalho reversa correta conectada ao terra.

• Dois diodos schottky: um entre V + e entrada adc, um entre GND e entrada adc.

O que escolher?

Existem vários métodos para fazer, e uma abordagem bem-sucedida geralmente requer vários deles ao mesmo tempo. Eles são:

1. Use uma falha de ignição no próprio PCB. Normalmente, isso é feito usando duas almofadas em forma de diamante no PCB, separadas por cerca de 0,008 polegadas ou menos. Isso não pode ser coberto na máscara de solda. Um bloco está conectado ao GND (ou, melhor ainda, ao terra do chassi) e o outro é o sinal que você deseja proteger. Coloque isso no conector de onde está vindo. Na verdade, essa lacuna de faísca não funciona muito bem, pois só pode reduzir a tensão ESD para cerca de 600 volts - mais ou menos por causa da umidade e sujeira na placa de circuito impresso. O objetivo nº 1 é remover a possibilidade de uma faísca saltar através de outros dispositivos de proteção, como diodos e resistores. Você não pode usar apenas uma fagulha e esperar que as coisas funcionem.
   
   
   Um exemplo de uma centelha de PCB.
   Source NXP AN10897 Um guia para o design para ESD e EMC. rev. 02 (fig.33 para dentro).

2. Um resistor em série entre a faísca e seus componentes sensíveis. Esse resistor deve ser o maior possível, sem interferir no seu sinal. Às vezes, seu sinal não permite nenhum resistor ou, às vezes, você pode conseguir algo tão grande quanto 10K ohms. Uma esfera de ferrite também pode funcionar aqui, mas um resistor é preferido, se possível, porque um resistor tem desempenho mais previsível em uma faixa de frequência mais ampla. O objetivo desse resistor é reduzir o fluxo de corrente do pico, o que pode ajudar a proteger os diodos ou outros dispositivos.

3. Diodos de proteção (um conecta seu sinal ao GND e outro ao VCC). Com sorte, eles desviarão quaisquer picos para o poder ou o plano de terra. Coloque esses diodos entre os componentes sensíveis e o resistor em série do número 2. Você pode usar um TVS aqui, mas isso não é tão bom quanto os diodos normais.
4. Um limite de 3 nF entre o sinal e o GND (ou Chassis Gnd) pode ajudar a absorver bastante qualquer pico. Para melhor proteção contra ESD, coloque-o entre o resistor e o chip da série. Para uma melhor filtragem EMI, coloque-o entre o resistor e seu conector. Dependendo do seu sinal, isso pode não funcionar bem. Essa tampa e o resistor em série formarão um filtro passa-baixo que pode afetar negativamente a qualidade do sinal. Tenha isso em mente ao projetar seu circuito.

Cada situação provavelmente exigirá uma combinação diferente dessas quatro coisas.

Se a sua entrada ADC for bastante lenta, eu usaria uma centelha, um resistor de 500 a 1k e talvez um limite. Se você tiver espaço no PCB, os diodos também não serão ruins (mas ainda serão um exagero).

Deixe-me elaborar sobre a centelha por um momento. Digamos que um resistor em um pacote 0402 tenha toda a proteção que você tinha, e um pico entra. Mesmo que esse resistor seja de 1 meg ohm, o pico pode saltar através desse pequeno resistor (ignorando efetivamente o resistor) e ainda assim matar seu chip . Como a folga na folga de faísca é menor que a distância entre as almofadas do resistor, é mais provável que o pico de ESD salte através da folga de faísca que o resistor. É claro que você pode simplesmente usar um resistor com mais distância entre os eletrodos, e isso é bom em alguns casos, mas você ainda tem a energia com a qual precisa lidar. Com uma lacuna de faísca, você dissipa parte dessa energia ESD, mesmo que não seja suficiente para torná-la benigna. E o melhor de tudo, eles são GRATUITOS!

Um problema com um diodo TVS é que às vezes eles podem ter uma certa quantidade de vazamento, o que pode afetar as leituras de ADC obtidas de uma fonte de alta impedância. Diodos para a entrada VDD "real" não têm esse problema, mas podem ser perigosos porque expõem muitos circuitos aos transientes de entrada. Uma abordagem que evita esses dois problemas é ter um "suprimento" separado, que é usado apenas para fixação, como mostrado aqui . Observe que, apesar da impedância de entrada de um meg, quase nenhuma tensão aparece no resistor de um meg. Observe ainda que mesmo um despejo de corrente do tamanho de um monstro (clique no botão) colocará menos de um miliampere no suprimento.