Защита входов АЦП (в который раз).

Do you have a question? Post it now! No Registration Necessary

Threaded View
Hi All, hope you are having a nice day!


Hу вот. Сегодня пришлось наступить на хорошо известные грабли.

Имеем плату с АЦП AD7708 (питание +5В), имеем входные сигналы, которые при
аварийных ситуациях могут выходить за
пределы питания АЦП. Hа этот случай было предусмотрено ограничение входного
тока АЦП последовательным резистором до
нескольких сотен мкА. До резистора есть еще ADG467, но к ней претензий нет, она
ограничивает входное напряжение до
величины Vdd + 1В...1,5В, т.к. запитана от другого источника + 7,5В. Так вот,
как напряжение на входе АЦП превышает Vdd
+ 0,5V (открываются встроенные защитные диоды) так показания АЦП очень заметно
уплывают по остальным каналам (от
десятых долей до единиц процентов, в зависимости от величины тока через
защитные диоды). В качестве эксперимента
последовательный резистор увеличивал до 100K (т.е. ток уже ограничен двумя
десятками мкА), результат совершенно
аналогичен.

Мда, походе я этот АЦП перехвалил, такой мерзости я никак не ожидал. Hа
предварительных испытаниях эту фишку мы явно
проглядели. Впрочем, справедливости ради, во всех остальных отношениях этот АЦП
замечательный.

Теперь думаю как лечить. Совершенно очевидно, что придется зафиксировать
входное напряжение внешними диодами. Есть
некоторые подозрения, что типовая схема (два диода на шины питания и резистор
последовательно со входом) будет работать
не лучшим образом (т.к. не гарантирует фиксацию напряжения на уровне ниже
открытия встроенных диодов). Применять Шоттки
для фиксации на мой взляд не целесообразно, т.к. утечка порядка 1 мкА уже
недопустима. Диапазон полезного сигнала до
+4,5В.

Думаю запитать внешние диоды не прямо от шин питания, а через эмитерный
повторитель (база на +5, коллектор на
+7,5, в эммитер низкоомный резистор), т.е. понизить напряжение на 0,6-0,7В. Это
должно гарантировать фиксацию
напряжения на уровне заведомо ниже Vdd+0,5. Может быть есть варианты проще?

WBR,
    AVB

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

Защита входов АЦП (в который раз).
Thu Nov 06 2003 21:12, Alexey V Bugrov wrote to All:

 
 AVB> Имеем плату с АЦП AD7708 (питание +5В), имеем входные сигналы, которые
 AVB> при аварийных ситуациях могут выходить за пределы питания АЦП.

 AVB> напряжение на входе АЦП превышает Vdd + 0,5V (открываются встроенные
 AVB> защитные диоды) так показания АЦП очень заметно уплывают по остальным
 AVB> каналам (от десятых долей до единиц процентов, в зависимости от величины
 AVB> тока через защитные диоды).

 Что неудивительно, т.к. вслед за входом поднимается аналоговое питание.

 AVB> Думаю запитать внешние диоды не прямо от шин питания, а через эмитерный
 AVB> повторитель (база на +5, коллектор на +7,5, в эммитер низкоомный
 AVB> резистор), т.е. понизить напряжение на 0,6-0,7В. Это должно
 AVB> гарантировать фиксацию напряжения на уровне заведомо ниже Vdd+0,5. Может
 AVB> быть есть варианты проще?

 Поставить на вход повторитель на R-R ОУ.

 VLV

"There is no business other then show business" (c)


Защита входов АЦП (в который раз).
Hi Vladimir, hope you are having a nice day!


06 Hоя 03, Vladimir Vassilevsky wrote to Alexey V Bugrov:

 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
 AVB>> процентов, в зависимости от величины тока через защитные диоды).

 VV>  Что неудивительно, т.к. вслед за входом поднимается аналоговое
 VV> питание.

Смотря что ты имеешь ввиду. Внешнее аналоговое питание и опорное напряжение
остаются неизменными. Внутри кристалла
может быть и поднимаются, но плохо то, что даже небольшие входные токи (10 - 20
мкА) вызывают уход около 0,1% полной
шкалы на всех остальных каналах. Перекалибровка АЦП не спасает.

 AVB>> Думаю запитать внешние диоды не прямо от шин питания, а через
 AVB>> эмитерный повторитель (база на +5, коллектор на +7,5, в эммитер
 AVB>> низкоомный резистор), т.е. понизить напряжение на 0,6-0,7В. Это
 AVB>> должно гарантировать фиксацию напряжения на уровне заведомо ниже
 AVB>> Vdd+0,5. Может быть есть варианты проще?
 VV>  Поставить на вход повторитель на R-R ОУ.

8 прецизионных R-R ОУ это дорого и автоматически означает необходимость
программной калибровки каждого канала в
отдельности, если, конечно, ОУ не стабилизированные прерыванием.

WBR,
    AVB

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

Re: Защита входов АЦП (в который раз).
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

Re: Защита входов АЦП (в который раз).
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

Re: Защита входов АЦП (в который раз).
Всем привет.

Quoted text here. Click to load it

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 r25%/Iэ (r в Омах, Iэ в мА).

                                      АртемКАД




Re: Защита входов АЦП (в который раз).
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

Защита входов АЦП (в который раз).
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.

--
H.Z.

harry.zhurov<antispam::at>ngs<antispam::period>ru

We've slightly trimmed the long signature. Click to see the full one.
Защита входов АЦП (в который раз).
                           Пpивет, Alexey!

*** 06 Nov 03 21:12, Alexey V Bugrov wrote to All:

 AB> Думаю запитать внешние диоды не прямо от шин питания, а через
 AB> эмитерный повторитель (база на +5, коллектор на +7,5, в эммитер
 AB> низкоомный резистор), т.е. понизить напряжение на 0,6-0,7В. Это должно
 AB> гарантировать фиксацию напряжения на уровне заведомо ниже Vdd+0,5.
 AB> Может быть есть варианты проще?

А стабилитроном обойтись не хочешь ? Все диоды - на один стабилитрон 4.7 вольт.
Либо, как вариант - два последовательно включенных зеленых светодиода (должно
быть два вольта на каждом, но конкретно выбранный тип лучше проверить).

                                      с уважением Владислав

Защита входов АЦП (в который раз).
Hi Vladislav, hope you are having a nice day!


06 Hоя 03, Vladislav Baliasov wrote to Alexey V Bugrov:

 AB>> Думаю запитать внешние диоды не прямо от шин питания, а через
 AB>> эмитерный повторитель (база на +5, коллектор на +7,5, в эммитер
 AB>> низкоомный резистор), т.е. понизить напряжение на 0,6-0,7В. Это
 AB>> должно гарантировать фиксацию напряжения на уровне заведомо ниже
 AB>> Vdd+0,5. Может быть есть варианты проще?
 VB> А стабилитроном обойтись не хочешь ? Все диоды - на один стабилитрон
 VB> 4.7 вольт.

Мм. Вобщем-то интересный вариант, спасибо, надо только посмотреть разбросы
стабилитронов и их ВАХ в области малых токов
(это если его не подпитывать дополнительно от шины. Если подпитывать, то тогда
по кол-ву корпусов получится тоже самое,
что и с повторителем).

 VB> Либо, как вариант - два последовательно включенных зеленых
 VB> светодиода (должно быть два вольта на каждом, но конкретно выбранный
 VB> тип лучше проверить).

Будет заметно плавать от температуры, ИМХО.

WBR,
    AVB

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

Защита входов АЦП (в который раз).
                           Пpивет, Alexey!

*** 06 Nov 03 23:59, Alexey V Bugrov wrote to Vladislav Baliasov:

 VB>> Либо, как вариант - два последовательно включенных зеленых
 VB>> светодиода (должно быть два вольта на каждом, но конкретно
 VB>> выбранный тип лучше проверить).

 AB> Будет заметно плавать от температуры, ИМХО.

Вот по моему опыту и воспоминаниям - и стабильнее, и "воспроизводимее". По
крайней мере, в сравнении с отечественными стабилитронами (у импортных я не
снимал ВАХ за ненадобностью). Ты все же попробуй... Hо, поскольку тебя так
беспокоят токи утечки, наверное, лучше все же подпитать опору. Мне такой путь
кажется более правильным, чем повторитель. Еще вариант (чуть дороже и
развесистее - поставить TL431, по крайней мере у него воспроизводимость
характеристик лучше, чем у ширпотребных низковольтных стабилитронов, даже с
учетом разброса задающих резисторов - однопроцентных, само собой).

                                      с уважением Владислав

Защита входов АЦП (в который раз).
Hi Vladislav, hope you are having a nice day!


07 Hоя 03, Vladislav Baliasov wrote to Alexey V Bugrov:

 AB>> Будет заметно плавать от температуры, ИМХО.
 VB> Вот по моему опыту и воспоминаниям - и стабильнее, и
 VB> "воспроизводимее". По крайней мере, в сравнении с отечественными
 VB> стабилитронами (у импортных я не снимал ВАХ за ненадобностью). Ты все
 VB> же попробуй... Hо, поскольку тебя так беспокоят токи утечки, наверное,
 VB> лучше все же подпитать опору. Мне такой путь кажется более правильным,
 VB> чем повторитель. Еще вариант (чуть дороже и развесистее - поставить
 VB> TL431, по крайней мере у него воспроизводимость характеристик лучше,
 VB> чем у ширпотребных низковольтных стабилитронов, даже с учетом разброса
 VB> задающих резисторов - однопроцентных, само собой).

Вообще я прошу прощения, вариант со стабитроном (и с TL431 тоже) не подойдет по
другим причинам.

Питание системы на самом деле построено немного иначе: от +-5 запитывается
аналоговая схема (в том числе и входная
ADG467), сама АЦП запитана от +-2,5В. Поэтому стабилитрон придется ставить
меньше чем на 2В, а таких, насколько я помню
не бывает. Еще раз прошу прощения, что ввел в заблуждение.

WBR,
    AVB

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

Защита входов АЦП (в который раз).
Fri, 07 Nov 2003 10:38:00 +0300 Alexey V Bugrov wrote to Vladislav Baliasov:

[...]

AV> Питание системы на самом деле построено немного иначе: от +-5 запитывается
AV> аналоговая схема (в том числе и входная
AV> ADG467), сама АЦП запитана от +-2,5В. Поэтому стабилитрон придется ставить
AV> меньше чем на 2В, а таких, насколько я помню
AV> не бывает.

    Зато есть варианты 431 с опорой 1.25 В. Резюками можно подрулить. Или все
равно не катит по какой-то причине?


--
H.Z.

harry.zhurov<antispam::at>ngs<antispam::period>ru

We've slightly trimmed the long signature. Click to see the full one.
Защита входов АЦП (в который раз).
                           Пpивет, Alexey!

*** 07 Nov 03 10:38, Alexey V Bugrov wrote to Vladislav Baliasov:

 AB> Питание системы на самом деле построено немного иначе: от +-5
 AB> запитывается аналоговая схема (в том числе и входная ADG467), сама АЦП
 AB> запитана от +-2,5В. Поэтому стабилитрон придется ставить меньше чем на
 AB> 2В, а таких, насколько я помню не бывает.

Ага. А вот светодиод красного цвета свечения - бывает, как раз 1.5...1.6 вольт.
Правда, есть еще низковольтный (1.235 или 1.25, не помню) вариант TL431
(какой-то у него суффикс), который можно настроить на желаемое напряжение. Hу и
стабисторы, в конце концов. Либо прямосмещенные диоды - но это как-то некузяво.
Либо операционник, масштабирующий какую-нибудь опору (2.5 или 5).

                                      с уважением Владислав

Защита входов АЦП (в который раз).
Hi Vladislav, hope you are having a nice day!


07 Hоя 03, Vladislav Baliasov 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),
 AB>> сама АЦП запитана от +-2,5В. Поэтому стабилитрон придется ставить
 AB>> меньше чем на 2В, а таких, насколько я помню не бывает.

 VB> Ага. А вот светодиод красного цвета свечения - бывает, как раз
 VB> 1.5...1.6 вольт. Правда, есть еще низковольтный (1.235 или 1.25, не
 VB> помню) вариант TL431 (какой-то у него суффикс), который можно
 VB> настроить на желаемое напряжение.

Да тут уже подсказали, что бывает. Ладно, все мысли приняты к сведению, буду
обдумывать. Всем спасибо.

WBR,
    AVB

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

Re: Защита входов АЦП (в который раз).
7-Nov-03 10:38 Alexey V Bugrov wrote to Vladislav Baliasov:

AB> Питание системы на самом деле построено немного иначе: от +-5 запитывается
AB> аналоговая схема (в том числе и входная
AB> ADG467), сама АЦП запитана от +-2,5В.
 Есть ещё вариант похожий на защиту диодами, уровни которым задали
эмиттерные повторители, только наоборот :-)
Диоды задают уровни, а повторители ограничивают.

Уровни:
Верхний_уровень - диод - резистор - диод - нижний_уровень.
В твоём случае верхний_уровень == плюс_питания (АЦП)

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

Ограничение вниз симметрично.

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

wbr,
--
/* Oleksandr Redchuk, Brovary, Ukraine */
/* real '\x40' real '\x2E' kiev '\x2E' ua     */


Re: Защита входов АЦП (в который раз).
Hello, Oleksandr!
Sat, 8 Nov 2003 03:34:08 +0000 (UTC):

[...]

 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 конец
 OR> резистора), коллектор на минус_питания, эмиттер на вход.

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

With best regards,
            Alexander Derazhne.



Re: Защита входов АЦП (в который раз).
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

Re: Защита входов АЦП (в который раз).
Hello, Alexey!
You wrote to Vladislav Baliasov on Thu, 06 Nov 2003 23:59:10 +0300:

 AB>>> Думаю запитать внешние диоды не прямо от шин питания, а через
 AB>>> эмитерный повторитель (база на +5, коллектор на +7,5, в эммитер
 AB>>> низкоомный резистор), т.е. понизить напряжение на 0,6-0,7В. Это
 AB>>> должно гарантировать фиксацию напряжения на уровне заведомо ниже
 AB>>> Vdd+0,5. Может быть есть варианты проще?
 VB>> А стабилитроном обойтись не хочешь ? Все диоды - на один
 VB>> стабилитрон
 VB>> 4.7 вольт.

 AV> Мм. Вобщем-то интересный вариант, спасибо, надо только посмотреть
 AV> разбросы стабилитронов и их ВАХ в области малых токов (это если его
 AV> не подпитывать дополнительно от шины. Если подпитывать, то тогда по
 AV> кол-ву корпусов получится тоже самое, что и с повторителем).

    С повторителем хуже. При открывании диода ток транзистора должен
уменьшиться, т.е. нужно рассчитывать холостой ток повторителя большим, чем
возможный суммарный ток диодов, причём существенно большим, иначе при
"срабатывании" по нескольким каналам опорное напряжение защиты "поплывёт"
вверх.Плюс при выключенном питании ни та, ни другая защита не работают, на
страже остаются только внутренние диоды.

With best regards,
            Alexander Derazhne.



Re: Защита входов АЦП (в который раз).
Всем привет.

Quoted text here. Click to load it

Это
Quoted text here. Click to load it

В такой схеме фиксацию напряжения снизу задает резистор, что не хорошо (два
резистора или диод с резистором ничем не хуже повторителя) - при помехе на
нескольких каналах уровень может "утянуть" вверх :(.
Лучше используй стабилизатор на стабилитроне (резистор (обязательно!) на +5 или
+7.5 и стабилитрон (4,2...4,7В) на землю, ток <1ма). На стабилитрон, с каждого
канала кинуть по диоду (последовательно с каналом  резистор так-же нужен).

                                    АртемКАД



Site Timeline