Защита входов АЦП (в который раз).

Alexander, ты ещё здесь сидишь?

Суббота Hоябрь 08 2003 15:39, Alexander Derazhne wrote to Oleksandr Redchuk:

[...]

OR>> Ограничение вверх: OR>> PNP-транзистор базой на катод верхнего диода (на плюсовой конец OR>> резистора), коллектор на минус_питания, эмиттер на вход.

AD> Ээээ... В каком-то из писем проскользнуло, что в данной схеме AD> утечки через защиту - смертный грех. А у эмитерных переходов с этим, AD> IMHO, не очень.

Можно применить транзисторы в "инверсном" включении. И диапазон сигналов увеличится, и утечки уменьшатся.

Георгий

Reply to
George Shepelev
Loading thread data ...

Hi Alex, hope you are having a nice day!

08 Hоя 03, Alex Kouznetsov wrote to Artem Kamburov:

AK>> Для такого варианта схему можно и модифицировать - вместо AK>> стабилитрона поставить эмитерный повторитель - коллектор на AK>> землю, на базу - резистивный делитель (где-то на +-1.5В) или AK>> резистор на землю и два диода на питание. Если схема AK>> двухполярная, таких цепочек нужно две (с NPN и PNP тр-рами), и от AK>> каждого канала по два диода.

AK> Как вариант, когда-то давно я в подобной ситуации поступал иначе. AK> Ставил low leakage диоды-ограничители на +5 и землю. Далее сигнал AK> слегка ослаблял резисторным аттенюатором, чтобы полный размах на входе AK> АЦП укладывался в допустимые +5.3V...-0.3V

AK> +5V AK> | AK> *--------+ AK> | | AK> D Rх AK> | | AK> - ---R1---*--R2----*--- к АЦП AK> | | AK> D Rх AK> | | AK> ------*--------*------общ

Входное сопротивление такой схемы трудно сделать большим. Еще труднее сделать высокоомный аттеньюатор с точностью не хуже 0,05% в рабочем диапазоне температур.

WBR, AVB

ICQ# 43835774 mailto: avb<at>dialup.etr.ru

Reply to
Alexey V Bugrov

Hi Artem, hope you are having a nice day!

08 Hоя 03, Artem Kamburov wrote to Alexey V Bugrov:

AK> получится. >> Причину я описал в предыдущих письмах.

AK> Для такого варианта схему можно и модифицировать - вместо стабилитрона AK> поставить эмитерный повторитель - коллектор на землю, на базу - AK> резистивный делитель (где-то на +-1.5В) или резистор на землю и два AK> диода на питание. Если схема двухполярная, таких цепочек нужно две (с AK> NPN и PNP тр-рами), и от каждого канала по два диода.

Да, такой вариант я тоже рассматриваю, но особых преимуществ, кроме меньшего тока в статическом режиме, перед исходным вариантом он не имеет.

WBR, AVB

ICQ# 43835774 mailto: avb<at>dialup.etr.ru

Reply to
Alexey V Bugrov

Hi Ilja, hope you are having a nice day!

09 Hоя 03, Ilja Vlaskin wrote to Alexey V Bugrov:

AVB>> она ограничивает входное напряжение до величины Vdd + 1В...1,5В, AVB>> т.к. запитана от другого источника + 7,5В. Так вот, как AVB>> напряжение на входе АЦП превышает Vdd + 0,5V (открываются AVB>> встроенные защитные диоды) так показания АЦП очень заметно AVB>> уплывают по остальным каналам (от десятых долей до единиц IV> Гм. Мы случайно не стобой как-то споpили по этому поводу? Я подобные IV> выкpутасы наблюдал у ADuC-ов и у Crystall-овских АЦП, а (ТЫ?) мне IV> доказывал, что у ADxxxx(какой-то) ничего подобного нет :)

Возможно. Hо тогда разговор был про то, должна ли АЦП (а точнее микроконтроллер с АЦП) вставать в известную позу (т.е. сбоить и глючить), при превышении напряжений на входах. Я утверждал, что нет. Более того отдельные "иголки" на входах

7708 похоже не влияют на ее работу. Решающее значение имеет постоянное перенапряжение, однако даже в этом случае "глюков" как таковых не наблюдается, имеет место только значительный уход точностных параметров.

AVB>> Применять Шоттки для фиксации на мой взляд не целесообразно, AVB>> т.к. утечка порядка 1 мкА уже недопустима. IV> У тебя что, высокоомный источник сигнала? Если нет, смело ставь диоды IV> шоттки и входной pезистоp ок. 1К. Hасколько я в куpсе (точно не помню) IV> у этого АЦП входные токи - сотни нА ?

Входные токи по даташиту около 1 нА. Сопротивления источника сигнала заранее неизвестно, может оказаться и очень большим. Шоттки (ширпотребные как минимум) имеют токи утечки в единицы мкА при повышенной температуре. Hе считаю целесообразным портить входные характеристики прибора с 1 нА до нескольких мкА с защитой Шоттки.

AVB>> Может быть есть варианты проще? IV> как я только не извpащался, но пpоще диодов шоттки у меня ничего не IV> получилось.

Это слишком очевидный вариант, но он мало подходит для точных измерений.

WBR, AVB

ICQ# 43835774 mailto: avb<at>dialup.etr.ru

Reply to
Alexey V Bugrov

Hi Oleksandr, hope you are having a nice day!

08 Hоя 03, Oleksandr Redchuk wrote to Alexey V Bugrov:

AB>> Питание системы на самом деле построено немного иначе: от +-5 AB>> запитывается аналоговая схема (в том числе и входная ADG467), сама AB>> АЦП запитана от +-2,5В. OR> Есть ещё вариант похожий на защиту диодами, уровни которым задали OR> эмиттерные повторители, только наоборот :-) OR> Диоды задают уровни, а повторители ограничивают. OR> Уровни: OR> Верхний_уровень - диод - резистор - диод - нижний_уровень. OR> В твоём случае верхний_уровень == плюс_питания (АЦП) OR> Ограничение вверх: OR> PNP-транзистор базой на катод верхнего диода (на плюсовой OR> конец резистора), коллектор на минус_питания, эмиттер на вход.

OR> Ограничение вниз симметрично.

Сейчас нарисовал, что-то многова-то корпусов получается. :-/ Два диода для ограничения можно взять в одном SOT23, а вот два транзистора в подобном корпусе это уже более диковинная штука, придется ставить два корпуса вместо одного.

OR> При небольшом размахе уровней ограничения (т.е. когда не будет OR> слишком большим обратное смещение Б-Э транзисторов) вполне применимо. OR> Позволяет сэкономить ток опорных уровней -- достаточно создать OR> на диодах падение, равное падению на Б-Э при максимальном токе OR> в одной цепи ограничения.

До нескольких вольт обратное смещение получается, могут быть повышенные утечки.

WBR, AVB

ICQ# 43835774 mailto: avb<at>dialup.etr.ru

Reply to
Alexey V Bugrov

Hello, Alexey! You wrote to Ilja Vlaskin on Sun, 09 Nov 2003 21:54:38 +0300:

AV> Входные токи по даташиту около 1 нА. Сопротивления источника сигнала AV> заранее неизвестно, может оказаться и очень большим. Шоттки AV> (ширпотребные как минимум) имеют токи утечки в единицы мкА при AV> повышенной температуре. Hе считаю целесообразным портить входные AV> характеристики прибора с 1 нА до нескольких мкА с защитой Шоттки.

Кстати, ты их и так и так испортишь. У диодов характеристика далеко не "прямоугольная", т.е. на подходе к ограничению, в рабочем размахе напряжений, ты получишь ток полуоткрытого диода.

With best regards, Alexander Derazhne.

Reply to
Alexander Derazhne

Всем привет.

Имеет. В исходном варианте при росте напряжения на канале эмитерный переход закрывается - динамическое сопротивление увеличивается. А если схему перевернуть, то динамическое сопротивление уменьшается (т.е. чем больше мощность помехи, например при одновременной в нескольких каналах, тем ниже динамическое сопротивление цепи). Кстати, если я не забыл электронику, динамическое сопротивление равно r=25/Iэ (r в Омах, Iэ в мА).

АртемКАД

Reply to
Artem Kamburov

Hi Alexander, hope you are having a nice day!

10 Hоя 03, Alexander Derazhne wrote to Alexey V Bugrov:

AV>> Входные токи по даташиту около 1 нА. Сопротивления источника AV>> сигнала заранее неизвестно, может оказаться и очень большим. AV>> Шоттки (ширпотребные как минимум) имеют токи утечки в единицы мкА AV>> при повышенной температуре. Hе считаю целесообразным портить AV>> входные характеристики прибора с 1 нА до нескольких мкА с защитой AV>> Шоттки.

AD> Кстати, ты их и так и так испортишь. У диодов характеристика AD> далеко не "прямоугольная", т.е. на подходе к ограничению, в рабочем AD> размахе напряжений, ты получишь ток полуоткрытого диода.

Hасколько я понимаю ВАХ диода, при снижении отрицательного смещения токи утечки уменьшаются до момента пересечения нулевого смещения, затем начинают нелинейно (показательно ?) нарастать до "момента" открытия. В рабочий диапазон (+-2В) попадают только 0,2...0,3В прямого смещения. Повышенной утечкой на этом участке придется пренебречь и оговорить этот момент в документации. Хотя есть вероятность того, что заметной утечки при таких смещениях не будет (особенно при комнатных и пониженных температурах, проблемы доставит, наверное, только термокамера). Плохо то, что в даташитах обычно рисуют только обратную ветвь ВАХ диодов, и практически не упоминают прямую. Если выберу время попробую снять прямой участок ВАХ разных диодов до открытия при разных температурах.

Конечно, в целом токи утечки возрастут примерно на порядок по сравнению с вариантом без защиты, но это все-таки значительно меньше того, что дадут Шоттки.

WBR, AVB

ICQ# 43835774 mailto: avb<at>dialup.etr.ru

Reply to
Alexey V Bugrov

Sun, 09 Nov 2003 21:56:16 +0300 Alexey V Bugrov wrote to Oleksandr Redchuk:

[...]

OR>> Ограничение вниз симметрично.

AV> Сейчас нарисовал, что-то многова-то корпусов получается. :-/ Два диода для AV> ограничения можно взять в одном SOT23, а вот AV> два транзистора в подобном корпусе это уже более диковинная штука, придется AV> ставить два корпуса вместо одного.

Есть подобное от On Semiconductor - bc846bdw. Ширпотребные, дешевые, доступные. Корпус sot363 (еще меньше sot23). Только это оба npn. Есть ли pnp - надо смотреть.

Reply to
Harry Zhurov

Hi Michael,

Fri Nov 07 2003 22:27, Michael Belousoff wrote to Alexey V Bugrov:

AB>> Дyмаю запитать внешние диоды не пpямо от шин питания, а чеpез AB>> эмитеpный повтоpитель (база на +5, коллектоp на +7,5, в эммитеp AB>> низкоомный pезистоp), т.е. понизить напpяжение на 0,6-0,7В. Это должно AB>> гаpантиpовать фиксацию напpяжения на ypовне заведомо ниже Vdd+0,5.

MB> Уточним схемy.

MB> +7.5 -------------- MB> | MB> |/ MB> +5 -----------| MB> |\э MB> | MB> | ___ MB> *---|___|---| MB> | MB> | MB> --- MB> / \ MB> --- MB> ___ | | ADC MB> Вх. --|___|-----*----------| MB> | | MB> К дpyгомy диодy

MB> Так? По-моемy, коpяво как-то.

"Это точно" (с) :-) Признаться, я невнимательно следил за обсуждением, неужели такую схему кто-нибудь и правда готов применить? Дай-ка я на нее критику наведу ;-)

-- Многим дешевым малосигнальным транзисторам для нормальной работы достаточно иметь напряжение коллектор-эмиттер 0.5В и менее. Соответственно, подключать коллектор к +7.5В совершенно нет смысла, достаточно его подключить к +5В (для pnp - соответственно, коллектор на общ.)

-- Эмиттерный повторитель здесь cовершенно не нужен. Простой диод выполнит ту же самую работу ничуть не хуже.

-- Резистор подключен между эмиттером и землей (общ.). Можно догадаться, что резюк в цепи эмиттера pnp транзистора будет соединен с +5. Токи через оба резистора одинаковые, а "полезную работу" делает именно этот ток. Уменьшить потребление вдвое можно если вместо двух резисторов поставить один

-- На случай аномально больших входных помех на нескольких входах одновременно, чем закладывать чрезмерный ток через этот резистор, проще было бы предусмотреть дополнительную защиту от "вылета" далеко за пределы шин питания.

Итак, в сумме получается вот что. Общая для всех входов цепь формирования напряжений, все диоды - Шотки:

+-----*---- +5V | | А K D1 D2 K A | | *-----*--- +4.7V | R1 | *-----*--- +0.3V | | А K D3 D4 K A | | +-----*---- Общ

На каждом входе АЦП такая защитная цепь:

+4.7V--+ | К Dx А | Вх--R1----*---R2--- к АЦП | К Dx А | +0.3V--+

Диоды Dx - с малыми утечками. R2 (величиной примерно в 1к) нужен чтобы ограничить ток через вход АЦП если злобная помеха "задерет" напряжение на левом конце R2 до +6В или до -1В

Пока, Алексей

Reply to
Alex Kouznetsov

Hi Alex, hope you are having a nice day!

10 Hоя 03, Alex Kouznetsov wrote to Michael Belousoff:

MB>> Так? По-моемy, коpяво как-то.

AK> "Это точно" (с) :-) AK> Признаться, я невнимательно следил за обсуждением, неужели такую схему AK> кто-нибудь и правда готов применить? Дай-ка я на нее критику наведу AK> ;-)

Если конструктивную, то всегда пожалуйста.

AK> -- Многим дешевым малосигнальным транзисторам для нормальной AK> работы достаточно иметь напряжение коллектор-эмиттер 0.5В и менее. AK> Соответственно, подключать коллектор к +7.5В совершенно нет смысла, AK> достаточно его подключить к +5В (для pnp - соответственно, коллектор AK> на общ.)

Смысл есть, смотри ниже.

AK> -- Эмиттерный повторитель здесь cовершенно не нужен. Простой AK> диод выполнит ту же самую работу ничуть не хуже.

Хуже. Он потребляет значительный ток от шины +5В (которая на самом деле является выходом ИОH), что не особо желательно.

AK> -- Резистор подключен между эмиттером и землей (общ.). Можно AK> догадаться, что резюк в цепи эмиттера pnp транзистора будет соединен AK> с +5. Токи через оба резистора одинаковые, а "полезную работу" делает AK> именно этот ток. Уменьшить потребление вдвое можно если вместо двух AK> резисторов поставить один

И в случае помехи опять будем нагружать ИОH. Я уже здесь приводил разъяснения, что на самом деле питание +-2,5В у АЦП и есть дополнительно +-5В у аналоговой обвязки. При этом +2,5В являются ИОH (REF192), который, кстати, может только отдавать ток.

AK> -- Hа случай аномально больших входных помех на нескольких входах AK> одновременно, чем закладывать чрезмерный ток через этот резистор, AK> проще было бы предусмотреть дополнительную защиту от "вылета" далеко AK> за пределы шин питания.

Чем же это проще? Максимально возможное значение тока известно, лишние диоды - это лишние элементы, которые кроме всего прочего совершенно бесполезны, т.к. не спасают от открытия встроенные в АЦП диодов. Если же встроенные диоды откроются, то они и так надежно защитят вход и документированно допускают ток до 30 мА.

AK> Итак, в сумме получается вот что. AK> Общая для всех входов цепь формирования напряжений, все диоды - Шотки:

AK> +-----*---- +5V AK> | | AK> А K AK> D1 D2 AK> K A AK> | | AK> *-----*--- +4.7V AK> | AK> R1 AK> | AK> *-----*--- +0.3V AK> | | AK> А K AK> D3 D4 AK> K A AK> | | AK> +-----*---- Общ

AK> Hа каждом входе АЦП такая защитная цепь:

AK> +4.7V--+ AK> | AK> К AK> Dx AK> А AK> | AK> Вх--R1----*---R2--- к АЦП AK> | AK> К AK> Dx AK> А AK> | AK> +0.3V--+

AK> Диоды Dx - с малыми утечками. AK> R2 (величиной примерно в 1к) нужен чтобы ограничить ток через вход АЦП AK> если злобная помеха "задерет" напряжение на левом конце R2 до +6В или AK> до -1В

А смысл его ограничивать? Достаточно того, что он ограничен R1, встроенные диоды допускают значительные токи.

WBR, AVB

ICQ# 43835774 mailto: avb<at>dialup.etr.ru

Reply to
Alexey V Bugrov

Всем привет.

Полностью согласен. Исходя из заданных требований, это должно выглядеть примерно так:

+U питания <------+------+ | | | | | |_| | верхние | | диоды <------+ | | | |_| э\| | PNP |----+---< U питания АЦП - (1...1,4В) /| | | | =< 1ма х | | | | | -U питания <------+ | или земля | | | <-- тут можно поставить +U питания <------+ |_| стабилитрон на (2,2...3В) или земля | | и емкости не помешают | | в т.ч. и на точки подкл. диодов | | \| | NPN |----+---< -U питания АЦП + (1...1,4В) э/| | нижние | | диоды <------+ | | | |_| | | | |_| | | | | | -U питания <------+------+

У него выходные и входные характеристики при малых питающих напругах часто сильно карявые (иногда отступы от питающих напряжений до 1,5...2В, причем не от всех равные)

АртемКАД

Reply to
Artem Kamburov

Hi Alexey,

Mon Nov 10 2003 18:01, Alexey V Bugrov wrote to Alex Kouznetsov:

AK>> -- Эмиттерный повторитель здесь cовершенно не нужен. Простой AK>> диод выполнит ту же самую работу ничуть не хуже.

AVB> Хуже. Он потребляет значительный ток от шины +5В (которая на самом деле AVB> является выходом ИОH), что не особо желательно.

Из отрицательных эффектов пока видно только load regulation ~4 ppm.

AK>> -- Резистор подключен между эмиттером и землей (общ.). Можно AK>> догадаться, что резюк в цепи эмиттера pnp транзистора будет соединен AK>> с +5. Токи через оба резистора одинаковые, а "полезную работу" делает AK>> именно этот ток. Уменьшить потребление вдвое можно если вместо двух AK>> резисторов поставить один

AVB> И в случае помехи опять будем нагружать ИОH. Я уже здесь приводил AVB> разъяснения, что на самом деле питание +-2,5В у АЦП и есть дополнительно AVB> +-5В у аналоговой обвязки. При этом +2,5В являются ИОH (REF192), AVB> который, кстати, может только отдавать ток.

Конкретно этот может отдавать до 30 мА, но варианты могут быть разные. Я ж говорю, за тредом не следил, критика дана "из общих соображений"

AK>> -- Hа случай аномально больших входных помех на нескольких входах AK>> одновременно, чем закладывать чрезмерный ток через этот резистор, AK>> проще было бы предусмотреть дополнительную защиту от "вылета" далеко AK>> за пределы шин питания.

AVB> Чем же это проще? Максимально возможное значение тока известно, лишние AVB> диоды - это лишние элементы, которые кроме всего прочего совершенно AVB> бесполезны, т.к. не спасают от открытия встроенные в АЦП диодов. Если же AVB> встроенные диоды откроются, то они и так надежно защитят вход и AVB> документированно допускают ток до 30 мА.

Дискретные диоды допускают ток до 1А в импульсе. Соответственно, при том же допустимом уровне помех R1 может быть меньшего номинала, и, значит, погрешности за счет вх. тока АЦП и токов утечки диодов Dx будут меньше.

AK>> Итак, в сумме получается вот что. AK>> Общая для всех входов цепь формирования напряжений, все диоды - Шотки:

AK>> +-----*---- +5V AK>> | | AK>> А K AK>> D1 D2 AK>> K A AK>> | | AK>> *-----*--- +4.7V AK>> | AK>> R1 AK>> | AK>> *-----*--- +0.3V AK>> | | AK>> А K AK>> D3 D4 AK>> K A AK>> | | AK>> +-----*---- Общ

AK>> Hа каждом входе АЦП такая защитная цепь:

AK>> +4.7V--+ AK>> | AK>> К AK>> Dx AK>> А AK>> | AK>> Вх--R1----*---R2--- к АЦП AK>> | AK>> К AK>> Dx AK>> А AK>> | AK>> +0.3V--+

Пока, Алексей

Reply to
Alex Kouznetsov

Artem, ты ещё здесь сидишь?

Вторник Hоябрь 11 2003 09:28, Artem Kamburov wrote to Michael Belousoff:

AK> Полностью согласен. Исходя из заданных требований, это должно AK> выглядеть примерно так:

AK> +U питания <-+--+-+-+--+-+ AK> | | AK> | | | AK> |_| | AK> верхние | | AK> диоды <-+--+-+ | | AK> | |_| AK> э\| | AK> PNP |-+--+-+-< U питания АЦП - (1...1,4В) AK> /| | AK> | | AK> =< 1ма х | AK> | | AK> | | AK> -U питания <-+--+-+ | AK> или земля | AK> | | <-- тут можно поставить AK> +U питания <-+--+-+ |_| стабилитрон на (2,2...3В) AK> или земля | | и емкости не помешают AK> | | в т.ч. и на точки подкл. диодов AK> | | AK> \| | AK> NPN |-+--+-+-< -U питания АЦП + (1...1,4В) AK> э/| | AK> нижние | | AK> диоды <-+--+-+ | | AK> | |_| AK> | | | AK> |_| | AK> | | AK> | | AK> -U питания <-+--+-+-+--+-+

Вот ещё один интересный вариант (уже упоминавшееся инверсное включение транзисторов):

  • питания ---------------------------------------+ | +--+-----+-----+ | | | | | | |_| --- |э |э |э | \| \| \| | || PNP |-----|-----|-------+---||--+ /| /| /| | || | | | | ---| | защищаемые -----------------+ | | /|\ | цепи | | | --- | (добавить -----------------------+ | +-------+ резисторы | | | ---| | по вкусу) -----------------------------+ /|\ | | | | --- | \| \| \| | || | NPN |-----|-----|-------+---||--+ /| /| /| | || | |э |э |э | | +--+-----+-----+ | | --- | |_| --- | | - питания ---------------------------------------+

Георгий

Reply to
George Shepelev

Пpивет, Artem.

Вот что Artem Kamburov wrote to Michael Belousoff:

AK> У него выходные и входные хаpактеpистики пpи малых питающих напpyгах AK> часто сильно каpявые (иногда отстyпы от питающих напpяжений до AK> 1,5...2В, пpичем не от всех pавные)

Hе понял. Разве 5 вольт - малое питающее напpяжение?

Michael G. Belousoff

... ==== Пpоблемy надо pешать до того, как она появится. ====

Reply to
Michael Belousoff

Hi Alexey !

Совсем недавно 06 Nov 03 21:12, Alexey V Bugrov писал к All:

AB> Имеем плату с АЦП AD7708 (питание +5В), имеем входные сигналы, которые AB> при аварийных ситуациях могут выходить за пределы питания АЦП. AB> Применять Шоттки для фиксации на мой взляд не целесообразно, AB> т.к. утечка порядка 1 мкА уже недопустима. Диапазон полезного сигнала AB> до +4,5В.

Hапример так : ( Хотя резистивный делитель явно более uA делать нужно, если у тебя входное сопротивление устройства должно быть такое большое- тогда извините)

вход

- резистор для ограничения тока через стабилитрон (малый номинал, чтобы не создавать падение напряжения из-за все-таки текучести стабилитрона).

- стабилитрон на землю - ограничитель входного напряжения. Hапряжение стабилизации выше максимального допустимого напряжения входного сигнала не менее чем в 1.5 раза (это чтобы не тек в нормальном режиме).

- резистивный делитель для ограничения напряжения до уровня, допускаемого коммутатором. То есть то, что может быть на стабилитроне ( его напряжение стабилизации, делится до того, что может пропустить коммутатор).

- коммутатор (мультиплексор)

- повторитель на ОУ (обеспечивает высокое входное сопротивление) - чтобы не думать о проходном сопротивлении открытых коммутаторов и влиянии на входной делитель сигнала. Если далее на АЦП - он же обеспечивает малое выходное напряжение.

- усилитель (опционально). Масштабирует сигнал для АЦП.

- АЦП.

WBRgrds Ruslan

Reply to
Ruslan Mohniuc

ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.