Ich muss einen recht empfindlichen IC-Ausgang, der nicht kapazitiv belastet werden darf (max. 5nF), vor ESD-Entladungen schützen (vor allem Kontaktentladungen). Die TVS-Elemente von AVX (Transguard, Staticguard, etc.) sind viel zu langsam: Wirkung gleich Null. Eine schnelle Z-Diode (ZMM24) brachte hingegen eine deutliche Verbesserung. Ebenso ein Metalloxidvaristor (Ergebnisse wie bei ZMM24). Leider reicht es damit nicht ganz.
Frage: Welches Schutzelement könnt ihr mir empfehlen? Was haltet ihr von Vishay SMF24A und Vishay GSOT24C ? Sind die vielleicht schneller?
in irgendeiner alten BurrBrown-ApplicationNote wird ein JFet als low-leakage Diode empfohlen. Einige JFets haben Spec für Strom ins Gate. Kann ich bei Bedarf scannen, nur eine Seite. Alllerdings für ESD wohl nicht ideal.
in englischer Newsgroup wurde für niedrige Kapazität in Serie zur Z-Diode ( P6KExx ) eine Diode empfohlen. Solang die in Sperrichtung ist isoliert sie angeblich die Kapazität der Z-Diode.
Dazu m=FCsste man zur besten Funktion IMHO die Z-Diode vorspannen, dann gehts, da dann die normale Diode im Normalfall immer Sperrt was sonst nicht unbedingt gegeben w=E4re.
Wie muss ich die schalten? Übrigens: Die (komplementäre) Ausgangsstufe des IC besteht aus JFET.
Wichtig scheint nur eine Reaktionszeit des Schutzelements von einigen Pikosekunden zu sein. Wenn ich der Z-Diode (ZMM24) einen
4,7nF-Kondensator parallel schalte, übersteht das IC sogar 10kV Kontaktentladungen aus 330pF. 10nF brachten keine Verbesserung mehr, und
4,7nF parallel zum Metalloxidvaristor brachten maximal 7kV. Also ist die Lösung mit Z-Diode bis jetzt mein Favorit.
Ach ja: Ohne Schutz raucht das IC bei durchschnittlich 3kV ab.
Gibt es eigentlich Z-Dioden auf Schottky-Basis? Und gibt es bei SMD Z-Dioden größere Geschwindigkeitsunterschiede? Letzteres konnte ich leider noch nicht testen.
Drain und Source zusammenschalten, Gate ist das andere Ende. Bezüglich Anode/Kathode wird man wohl davon abhängen ob man einen P-Fet oder einen N-Fet nimmt. Einfach ausprobieren. Der Nachteil ist wohlbekannt: das Teil hat ca. 2V Durchlaßspannung. D.h. Serienwiderstand weiterhin erwünscht. Es hat auch Kapazität. Aber Leckstrom ist eben gut.
Eher die Eingangsstufe. Es ist wohl ein OP. Wenn man die Schaltung auf invertierende Betriebsart bringt und den +Pin dann auf echten GND kann man den -Pin simpel mit 2 antiparallelen Dioden gegen Masse schützen. Wenn man wegen Eingangswiderstand nichtinvertierende Betriebsart hat: eventuell kann CMOS-Op mit sehr geringer Eingangskapazität günstiger sein, weil man den Widerstand vor dem Eingang erhöhen kann. Zum Widerstand vor dem Eingang: Bauform 0207 hält nur 250V aus, man braucht eventuell grössere Bauform. Kohlmassewiderstände sind gut, weil sie keine Wendel haben die durchschlägt. Sie rauschen zwar, aber nur wenn Strom durchfliesst. Sie sind allerdings inzwischen kaum noch beschaffbar.
Andere Maßnahmen: sparkgap im Layout als Grobschutz. Bzw. echte von Siemens. Sind kapazitätsärmer als Varistoren, nur eben erst für höhere Spannungen. In der guten alten Zeit gabs radioaktiv vorgespannte.
Z-Diode ( MiniMelf ) passend induktionsarm verdrahten, keine Stichleitungen. Vermutlich wären in einem Layout auch irgendwelche induktiven mäanderförmigen Leiterbahnen als Serienimpedanz möglich die nicht durchschlagen.
Es gibt auch keine Schottky-Transistoren ... Und das obwohl man sie in TTL-Datenbüchern abgebildet findet.
das Thema ging unlängst auch durch die FED-Mailingliste...
Hast Du schon einmal die Wirksamkeit einer Funkenstrecke nachweisen können? Ich noch nicht...
Es kommt wohl darauf an, was man braucht. Die Funkenstrecke mag wohl etwas von der Energie aufnehmen, aber gegen Latch-Up durch dV/dT half sie sie mir gar nicht - exakt gleiches Verhalten mit und ohne Funkenstrecke, obwohl der Funke dort übersprang.
Na, na, na! Sie müssen layoutet werden, evt. berechnet und getestet werden und ausserdem brauchen sie Platz und "Brettraum ist eine Prämie"...
Oder wie war das noch als ich neulich so'n ESD-Schutzdioden-Array suchte und bei Philips auf der Seite der BZA100 (18-fach ESD-Dioden-Array) landete und zum Spaß mal die Translate-Funktion zum Übersetzen ins Deutsche nutzte:
Da wird aus
"18-fold monolitic transient voltage suppressor. Its 18-fold junction common anode design protects 18 separate lines using only one package. This device is ideal for situations where board space is a premium."
dann folgendes Gebrabbel:
"monolitic vorübergehender Entstörer der Spannung 18-fold. Sein allgemeines Anodendesign der Verzweigung 18-fold schützt 18 verschiedene Linien mit nur einem Paket. Diese Vorrichtung ist für Situationen ideal, in denen Brettraum eine Prämie ist."
In dem Sinne, "Brettraum ist eine Prämie" und daher sind die Funkenstrecken nicht umsonst ;-)
Und wie ist das mit den nicht immer konstanten Umweltparametern, hat das nicht Einfluss auf die Zündspannung der Funkenstrecke? bekommt man das so genau hin?
Das ich da nicht gleich drauf gekommen bin. Werde diesen Vorschlag so schnell wie möglich austesten, danke dafür:-) Wie war das noch: 30kV überspringen ca. 10mm Luft...
Bzw. echte
Glasgehäuse sind bei uns verpöhnt, seit es einmal größere Probleme bei Vibrationstests gab:-( Habe noch welche mit Keramikgehäuse bei Conrad gefunden: BZX 284C24V XM im SOD110-Gehäuse für max. 400mW.
Schade, die Z-Dioden wären dann aber schön schnell;-) Oder?
"Rafael Deliano" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@t-online.de...
Hallo Rafael, das würde mich auf alle Fälle interessieren, sowohl das BB-AN alsauch der J-Fet-Typ zum Datenblatt. Im Elektronikkompendium wird die Variante mit der Basis-Kollektordiode beschrieben. Im Prinzip einleuchtend, aber auch nirgends spezifiziert.
@Thomas: Schau doch mal nach
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Warum eigentlich nicht?
Das habe ich auch schon gelesen, frag mich nicht mehr bei welchem Hersteller, aber die boten sowas in einem Gehäuse integriert an, mit beeindruckend geringen Kapazitätswerten
Gegen diese schnellen Anstiege nimmt man doch gerne noch 'ne Serien-Induktivität zusammen mit der Kapazität des Ausgangs und dem Innenwiderstand des Ausgangs sollte das so'n Impuls flacher machen und dem Schutzelement die nötige Reaktionszeit bringen.
Ok, 0603-Spulen sind dafür zu kurz, da springen die 30kV wohl drüber ;-)
Was'n das überhaupt für'n IC-Ausgang? Muß denn da überhaupt die Möglichkeit zur Einkopplung eines 30kV Impulses gegeben sein? Ich kenne da noch so Tricks, dass man an Steckverbindern usw.'ne Art Fangleitung/Blitzableiter ranbaut. Wenn man dann mit der ESD-Pistole die Buchse beschießt, dann springt der Funke immer zur Fangleitung über. Schönes Beispel sind die ganzen Blechlaschen bei den Flash-Card Sockeln oder voreilende Massekontakte, so dass zuerst die Ladung nach Masse überspringen muß.
Googlen unter: "Diode-connected Fet Protects OP AMPs" AB-064
Kapazität zu hoch.
Wurde von Motorola glaube ich ehedem als ICs teuer waren als besonders stabile Referenzspannungsquelle zwecks Temperatukompensation in einem Gehäuse verpackt geliefert. Für ESD dürften diese Teile ungeeignet sein.
Die engere Frage ist: wie viel schlechter ist die selbstgebaute gegenüber der als Bauteil kaufbaren ? Sowie: wie ist das optimale Layoutpattern ? Die Frage im weiteren Sinne ist: hilft die Schaltungsvariante im konkreten Gerät. Gegen Spikes die über zwei Telefonleitungen kommen wirken die Siemens-Teile in z.B. ISDN-Endgeräten schon. Würde ich also auch der layouteten was zutrauen. Bei ESD-Spike gegen "Masse" kanns anders aussehen. Bei Funkenstörung kommt man mit Parallelteil wie Kerko ja meist auch nicht weit, weil GND-Leiterbahn keine echte Masse ist. Längsteil wie Induktivität braucht keine Masse und wirkt deshalb. D.h. wenn letztlich die Impedanz der GND-Leiterbahn gegen Masse fast genauso groß wie die der Signalleiterbahn ist, der Funke aber noch
1kV zusätzlich braucht bis er bei der Funkenstecke überspringt, dann s pringt er eh nicht.
Sicher, dass die so schnell sind? Die TVS-Elemente von AVX brachten wie gesagt gar nichts. Interessant: Die Schaltzeit ist angeblich kein Problem mehr sein.
Eine zum IC-Ausgang (oder auch Eingang) parallele Leiterbahn (Kurzschlussbrücke) möglichst in Nähe der ESD-Eintrittsstelle, die in der Mitte layoutmäßig aufgetrennt wird. Das eine Ende sollte rund*, das andere spitz* (45°) zulaufen, wobei der Abstand zwischen den Enden 0,2 bis 0,5mm beträgt. Lötstopplack ist hier natürlich tabu. Da die ESD-Entladung mal positiv und mal negativ sein kann, das Gleiche dann noch einmal (jedoch antiparallel) hinzufügen.
*Annahme hierbei ist, dass ein Funke am liebsten aus einer rundlichen Elektrode aus- und in eine spitz zulaufende Elektrode hineintritt. Springt der ESD-Funke eigentlich von + nach - oder umgekehrt oder unterschiedlich über (technische Stromrichtung angenommen)?
P.S.: Wir pfuschen uns hier was zurecht, das ist wirklich sagenhaft;-)
Das ( ältere ) Symbol für eine Funktenstrecke sind zwei einander gegenüberstehende Spitzen. Die Feldstärke ist an der Spitze einer Spitze typisch am höchsten. An dem Punkt also am sprungwilligsten.
Dann wären Überspannungsableiter a la Siemens polungsabhängig. Sind sie nicht. Tatsächlich haben die intern relativ plane Elektroden ( damit die vielen Amperes die hüpfen wollen Platz haben ). Im Katalog von 1984 hatte Siemens Typen ab 90V+/-25%.
[Ausgangsstufe des IC besteht aus JFET, ist kein OP]
Was denn dann?
Etwas mehr Information wäre nützlich. Z.B. auch Strom, Spannung, max. zumutpare Serienimpedanz, max. zumutbarer Ableitstrom und
-kapazität...
Was war die Ausfallursache: primär durch die Energie der Entladung (also auch im ausgeschalteten Zustand) oder sekundär durch Überhitzung wegen Latch-Up?
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hat einen Online-Rechner. Der verwendet diese "empirisch ermittelte" Formel für einen Spitze->Fläche Überschlag:
d = (-7,6E-13*U^3+1,5E-8*U^2+1,5-4*U-0,036)mm (mit U: Gleichspannung in V)
Das resultiert in Luftstrecken von z.B. 0,15mm bei 1200V und 0,2mm bei
1500V.
Ich halte diese Formel für unsinnig genau, der kubische Term ist sicherlich überflüssig, weil in der Realität größere Schwankungen auftreten. Die Formel für Fläche-Fläche Überschläge spare ich mir deshalb gleich ganz.
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schreibt: "Breakdown of small sparkgaps is approx V=(3000pd+1350) where p is pressure in atmospheres (1) and d is distance in millimetres." und kommt damit auf ähnliche Werte.
Aber: niemand sagt, wie _schnell_ die Funkenstrecke anspricht. Da liegt IMHO eines der Hauptprobleme.
Selbst mit spitzen 0,2mm Funkenstrecken gegen eine Massefläche hatte ich keinen Erfolg.
Wie gesagt: Energie nimmt so eine Funkenstrecke auf, aber gegen Latch-Up hilft's nicht unbedingt.
Rafael: waren die "Siemens Typen ab 90V+/-25%" aus dem Katalog von
1984 solche radioaktiv unterstützten Typen? Ich kann mir nicht vorstellen, wie man ansonsten so kleine und genau definierte Spannungen erreicht.
[...]
Siemens hatte damals mit und ohne radioaktiver Zündhilfe, aber kleine Spannungen sind natürlich alle mit. ( X am Ende der Bauteilbezeichnung = keine Zündhilfe ). Die patentierte Zündhilfe von Siemens ist seitlich angebracht und verzerrt das Feld passend nichtlinear um die Ansprechgeschwindigkeit zu verbessern. Füllungas Argon, Neon.
Toleranz ist bei allen Typen +/-25 ... +/-15% Die Nennspannung ist eine DC-Spannung. Als Grenzwert für die normale DC-Spannung der Schaltung gedacht. 90V -25% passt gerade noch für die 65V am Telefon, Ruf darf da keiner kommen. Die Ansprechstossspanung ist bei 1kV/usec Anstieg
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