Hvordan beskytter en diode-klemkrets mot overspenning og ESD?
On desember 27, 2020 by adminJeg ser alltid denne kretsen når vi snakker om overspenning eller ESD-beskyttelse (oppnår denne kretsen begge deler, eller bare en?):
Jeg forstår imidlertid ikke hvordan det fungerer. Si at jeg satte inn 20V på Vpin.
Så Vpin har et høyere potensial enn Vdd, så strøm strømmer gjennom dioden. Men spenningen ved noden Vpin er fortsatt 20V og IC ser fortsatt 20V – hvordan beskytter dette de interne kretsene? Videre, hvis en ESD-hendelse traff 10.000V til Vpin hvordan beskytter det de interne kretsene?
Til slutt, er dioden D2 der for å beskytte mot en spenning under Vss, eller har den noe annet formål?
Jeg har prøvd simulerer denne kretsen, men av en eller annen grunn fungerer den ikke.
Kommentarer
- Kanskje Zener-dioder.
- ESD er en lavenergikilde, som det er, anser det som en spenningskilde med en betydelig serieimpedans. Hvis du ser på t han standarder for ESD-testing, det vil vise seriemotstanden som brukes som modell for en ekte ESD-kilde.
- Hvis du er i ørkenen og en løve følger deg, trenger du ikke ' for å være raskere enn løven, du må bare være raskere enn det tregeste medlemmet i gruppen din. Beskyttelsesdioder fungerer i utgangspunktet ved å legge langsomme mennesker til gruppen din og gjøre antakelser om antall løver.
Svar
Kretsen beskytter mot overspenning og ESD under visse betingelser. Hovedantakelsen er at Vd er «stiv» sammenlignet med energikilden på Vpin. Dette gjelder vanligvis for Vd = strømforsyning på si 1 A + kapasitet og Vpin er en typisk signalkilde. Hvis Vpin f.eks. Er et bilbatteri, kan alle spill være av om hvor lang tid det er før D3 blir ødelagt. .
Som vist er inngangen Vpin koblet til Vdd via diode D3. Enten
– Inngangen vil bli festet til en diodefall over Vd fordi kilden ikke har nok energi til å øke spenningen til Vd eller
– Vd vil stige til nær Vpin – bare hvis Vpin er mye «stivere «enn Vd. Vanligvis ikke, eller
– D3 vil bli ødelagt når energikilden og senken slår den ut
Det er vanlig å legge til en liten motstand – si 1k til 10k mellom Vpin og D2 D3-krysset.
Vpin må nå falle ~ = Vpin-Vd over motstanden.
ESD: Den samme kretsen fungerer på samme måte for ESD som «bare» er en høyere spenning med lavere energikilde (håper du). Igjen, en serie inngangsmotstand hjelper. Aspekter som økningstid og tilgjengelig energi og muligens til og med diodes responstid blir viktige.
Kommentarer
- Besluttet å endre svaret mitt til ditt ettersom det bedre forklarer hvorfor.
Svar
Du glemmer at disse spenningskildene er «ideelle». Så hvis inngangen din er 20V direkte fra en forsyning, vil den alltid være 20V.
Kast en seriemotstand der inne, og du kan se hvordan den fungerer.
Jeg brukte LTspice til å modellere kretsen.
R1 er inngangsmotstanden for noen IC-pinner.
Jeg gjorde en DC-feiing fra -10V til 10V med 1V trinn.
Som du ser, når jeg begynner å gå over 5.7V, ser R1 bare ~ 5.7V.
ESD er mye høyere spenning og varer bare et kort øyeblikk, men dette bør demonstrer beskyttelsen.
Når \ $ V_ {pin} > V_ {dd} +0.7 \ $ , eller når \ $ V_ {pin} < -0.7 \ $ , vil en av diodene begynne å utføre . Overskytende spenning (alt over 5,7 V eller under -0,7 V) blir sendt enten til jord eller tilbake i forsyningen.
Kommentarer
- Takk for dette svaret. Jeg hadde et lignende spørsmål, og jeg ønsket å simulere det, men jeg ' er for øyeblikket ikke i nærheten av en datamaskin.
- Så for Vdd = 3.3V, hvis Vpin = 6V så ville Vic være 2V (6 – (3.3 + 0.7))?
- @ m4l490n Nei, når du øker Vpin fra en liten verdi til en stor verdi, til en verdi av Vpin (si Vx), dioden begynner å lede og leder for alle verdiene til Vpin > Vx. For alle Vpin > Vx, siden dioden er forspent, vil spenningen Vic være konstant (lik (3,3 + 0,7)).
Svar
ESD-test kan gå opp til + 8kV eller ned til -8kV. Når en + 8kV utladning skjer, vil strømmen strømme gjennom D3 og prøve å nøytralisere seg selv. Når -8kV skjer, vil strømmen strømme gjennom D2.
I den virkelige applikasjonen er VDD- og VSS-forsyningen veldig langt borte. Når ESD skjer, vil spissen hoppe ut fra VDD (eller VSS) spor og forstyrre andre komponenter.
For å minimere denne uønskede karakteristikken, legg alltid til en bulkhette mellom VDD og VSS; nærmest D2 og D3.
Svar
«Når Vin> Vcc + 0.7, eller når Vin < -0.7, en av diodene vil begynne å lede. Overskuddsspenningen (noe over 5,7 eller under -0,7 blir sendt enten til jord eller tilbake i forsyningen» Jeg tror denne forklaringen fra efox29 svarer stort sett på spørsmål.
Bildet ditt er noe misvisende. Vpin-noden der du har 20V skrevet vil forhåpentligvis aldri nå 20V. Da Vpin begynner å øke i spenning (på vei opp til 20V) så snart den blir over Vdd-spenningen (5V + 0.7) vil D3-dioden lede og sende mest all strøm til Vdd-noden, og Vpin vil ikke bli høyere i spenning.
På samme måte vil D2 klemme Vpin-spenningen til ikke være noe mindre enn Vss
Vdd-jernbaneforsyningens jobb er å holde potensialforskjellen mellom Vdd og bakken på 5V. hvis du prøver å gjøre vdd større enn 5v ved å sende strøm til vdd-noden, Vdd jernbaneforsyning vil passere denne e ekstra strøm du sendte til bakken slik at vdd holder seg på 5v. hvis du virkelig krevde at vin-noden skulle være på 20v (med hensyn til bakken), så har du to kilder som krever forskjellige spenninger for den samme noden (tror de kaller dette «kildekonflikt»). Hvis 20V-kilden på Vin er sterk nok til at den kan levere mer strøm enn 5v vdd-skinnen kan synke (og dette må være mye strøm, ville & D3 sannsynligvis mislykkes med så mye strøm), ville Vdd-noden bli tvunget til å være 19,3V av 20V vin-forsyningen.
Kommentarer
- Så når du si " Overskytende spenning (alt over 5,7 eller under -0,7 blir gitt enten til jord eller tilbake i forsyningen " betyr det at hvis Vin kommer til 20V, vil Vdd-skinnen heve til 14,3V?
Legg igjen en kommentar