Skydda ingång på uC?

Övriga diskussioner relaterade till komponenter. Exempelvis radiorör, A/D, kontaktdon eller sensorer.
Glattnos
Inlägg: 2972
Blev medlem: 29 oktober 2009, 20:01:18

Skydda ingång på uC?

Inlägg av Glattnos »

Jag har läst lite om hur man på olika sätt kan skydda ingångarna på en uC, detta har jag hittat:
https://www.digikey.com/en/articles/tec ... lectronics
http://www.kevinmfodor.com/home/My-Blog ... techniques

Dock gör dom lite olika i exemplen. Jag vill skydda emot spänningspikar samt ifall man av misstag kopplar ingången till +12V en stund.
Det svarta schemat är mitt och är gjort efter andra schemat från DigiKeys sida. Vad jag förstår så är inte denna koppling så bra om man råkar koppla 12V på input, det blir väl konstant (12-3.3)/10= 0,87A igenom D2?
Kan R4 vara 1K istället för 10R?

Tredje schemat från kevinmfodor.com har en 500R innan dioderna istället för att ha 1K efter.

Vilket är bäst?
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Janson1
Inlägg: 1338
Blev medlem: 1 december 2016, 09:06:02
Ort: Marks Kommun

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av Janson1 »

Hmm, 10 ohm är ju i mitt tycke alldeles för litet, 100 ohm eller lite mer skulle jag valt. Första schemat ger väl en 1:a om input hänger i luften. Kommer det en spänningsspik så vill det till att 3,3 volt har goda överspänningsskydd, annars tar det med sig hela processorn i värsta fall, speciellt med 10 ohm som ingångsmotstånd...
Nästa schema har ju 20 Mohm till ingången, det är väl åt andra hållet fel, är den analog så kommer det bli rejält undervärde på mätningarna och är flera analoga ingångar kopplade på det sättet så blir drabbar det nog alla läsningarna?
Även som digitalingång så kan det bli problem vid snabba förlopp? Jag tror i och för sig inte det blir nåt problem så länge det är digitalt?
Så sista bilden är väl en ganska bra lösning men VCC måste skyddas av tex en rejäl zenerdiod, gärna att den arbetar lite hela tiden.
Nästa förslag skyddar inte lika effektivt men en 5,1(5,6) zener till jord skyddar åt båda hållen så ingången kan bara vara mellan -0,7 till ca 5,1(5,6) volt, den börjar leda lite innan och oftast 5-10% variation mellan exemplaren, men det har för mig inte varit några problem, än...
Glattnos
Inlägg: 2972
Blev medlem: 29 oktober 2009, 20:01:18

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av Glattnos »

20M resistorn och de två närmaste dioderna menar dom redan sitter i de flesta kretsar som uC och liknande.
Men om R4 på första schemat är t.ex. 1K så blir det väl (12-3.3)/1000 = 8,7mA max på VCC. Är det ett problem? Ja, det kanske det är, VCC kommer från en 3.3V regulator.
Användarvisningsbild
arvidb
Inlägg: 4537
Blev medlem: 8 maj 2004, 12:56:24
Ort: Stockholm

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av arvidb »

Hmm, varför behövs ens R2 på första schemat? Varför funkar inte R2=0 och R4=1k? :humm:
E Kafeman
Inlägg: 3238
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av E Kafeman »

Helt rätt, det är två typer av skydd som man seriekopplat utan att inse att ett motstånd gör jobbet lika bra eller bättre i detta fallet.
Det finns iofs flera anledningar till att ibland ha tvåstegs--lösning, som att slöa upp inkommande flanker i två steg då vissa skydd är mindre effektiva vid allt för snabba transient-flanker.
Att man väljer så lågt motstånd som 10 Ohm kan ibland beror på att man vill ha bra drivförmåga ifall ingången eventuellt även ska fungera som utgång med någorlunda driv-förmåga.
En annan anledning att använda flera serie-motstånd är ifall man designar skydd som två-stegs lösning, en för de höga strömmarna och en del för de höga spänningarna eller RF/LF-skydd t.ex.

Kondensatorn medför att man begränsar hur korta pulser som kan detekteras.
Är det ingångar från typ manuella strömbrytare så kan det vara bra med stor kondensator som då även fungerar som filter för kontakt-studsar och minskar problem om man har dåligt skärmad kabel där 50Hz kan leta sej in. Ska man däremot ta emot snabba pulser i MHz området eller mer så kan man ha olika steg med skydd och ett antal mindre motstånd samt skapa en medveten signalväg anpassad efter ingångsimpedans och frekvens. Det enklaste typen av sådan signalväg kan vara ett seriemotstånd på flera kOhm och en kondensator på 10-100pF parallellt.

Vill man skydda mot långvarig över/under-spänning och samtidigt hantera snabba signaler så lägger man inte en lågimpediv signalväg till egna matningsspänningen om man inte vill ha många blå-puffar samtidigt då man kan få transienter av överspänning till samtliga kretsar, när någon försöker koppla nätspänning den vägen eller en skicka in halv nätspänning, som man kan få via ojordad utrustning avsedd för jordning, t.ex. en ojordad bords-dator.

I somliga miljöer är skydd väsentliga även mot RF-strömmar, kraftiga statisk urladdningar eller indirekta höga strömmar såsom åsk-överspänningar och skydd ska då dimensioneras efter detta.
Ser förhållandevis ofta lösningar där man förmodligen tänkt att här är inga problem med RF. Att man kan lägga en mobiltelefon direkt på apparaten, det ingick inte i riskbedömningen.

Mest kostnads-effektiva lösningen med minst skadliga påverkan av insignalen är beroende på vilken typ av signal man vill skydda sej från och vad man vill släppa fram.
Det kan även vara så att man inte vill ha nämnvärt skydd och att elektroniken gärna får brinna vid oväntad överspänning, då det ger ett visst skydd för att överspänningen inte ska kunna sprida sej till annan efterföljande mer väsentlig utrustning. I sin enklaste form kan det vara en buffert-IC med från övriga elektroniken skyddad spänningsmatning och jord.
Den typen av lösningen hittar man ofta på ingångar till bättre logik-analysatorer, som ibland kan få oväntade signaler inkopplade.
GFEF
Inlägg: 2370
Blev medlem: 4 december 2004, 18:44:04

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av GFEF »

Använda en nivå omvandlare enligt "AN9055 application note" som skydds krets ?


2.3.2
Protection of the “Lower voltage” section against high voltage spikes.
If an I C-bus system has to be connected with e.g. external bus lines on which high voltage spikes can be
expected, the level shifter circuit may be used as protection circuit as long as the drain of the MOS-FET can
withstand these high voltage spikes. The ”Lower voltage” section is the protected side, the “Higher voltage”
section the is the side of the external bus lines (see Figure 2). If in this application no level shifting is required,
VDD1 and VDD2 can be interconnected.


https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/an97055.pdf
Användarvisningsbild
TomasL
EF Sponsor
Inlägg: 45168
Blev medlem: 23 september 2006, 23:54:55
Ort: Borås
Kontakt:

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av TomasL »

Det är väl inte så jättebra att klampa mot Vdd egentligen.
Bättre att skapa en virtuell Vdd med zenerdiod och klampa mot.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Glattnos
Inlägg: 2972
Blev medlem: 29 oktober 2009, 20:01:18

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av Glattnos »

Signalen som ska in är en fyrkantsvåg som har en frekvens på ca 0-500Hz. Den kommer från en kabel som är ca 4 meter lång och bara är driven låg via öppen kollektor så kretsen måste själv dra pinnen hög.
E Kafeman
Inlägg: 3238
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av E Kafeman »

Öppen kollektor och lång kabel är alltid en besvärlig situation då upp resp ned flank får så olika impedanser att det blir svårt att rätt hantera störningar typ 50 Hz eller att kabeln går utmed elmotrer trafos, relän och andra kablar och få vettiga skydd mot transienter och liknande.
Om möjligt se till att pullup är vid källan, tvärs om är alltid att be om problem då man får så mycket större osymmetrisk stömloop.
Om det inte är möjligt är skärmning i stort sett emda man kan skydda sej me och den skärmen ska enbart vara jordad i en ände, vid signalingången. Potentialen på skärmen 4 meter bort kan vara något helt annat, i synnerhet om den ansluts till typ maskinstativ där evt motor-strömmar induceras, så där får man inte jorda/skärma en öppen kollektor. Kollektorn jord ska vara egen ledare i den skärmade kabeln.
Är det en helt ostörd el-mljö så gäller fortfarande vettig jord och skärm om man vill slippa problem.
Glattnos
Inlägg: 2972
Blev medlem: 29 oktober 2009, 20:01:18

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av Glattnos »

Hmmm...Det kanske är dumt att dra ut 3.3V-signalen till givaren i så fall. Jag har satt ihop en lösning med en optokopplare istället. Men det var en del freestyling så jag kan ha tänkt helt fel någonstans eller krånglat till det?
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
TomasL
EF Sponsor
Inlägg: 45168
Blev medlem: 23 september 2006, 23:54:55
Ort: Borås
Kontakt:

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av TomasL »

Du skall fortfarande inte klampa direkt mot VDD/12V eller liknande.
Får du in 24V på din signal-tråd, så kommer din 12V att bli en 24V istället.
Glattnos
Inlägg: 2972
Blev medlem: 29 oktober 2009, 20:01:18

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av Glattnos »

Behövs dioderna alls egentligen? Om man tar bort dom och sätter en diod bara som backspärr så borde den se till att inte överspänning inte kommer längre. Kan det funka?
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
TomasL
EF Sponsor
Inlägg: 45168
Blev medlem: 23 september 2006, 23:54:55
Ort: Borås
Kontakt:

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av TomasL »

Nej, det funkar inte, eftersom den inte skyddar mot inducerad växelspänning, vilket en korrekt klamping gör.
Användarvisningsbild
lillahuset
Gått bort
Inlägg: 13969
Blev medlem: 3 juli 2008, 08:13:14
Ort: Norrköping

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av lillahuset »

Det här är ett ganska tragikomiskt ämnesområde. Jag har pysslat med avancerad hårdvara i snart 35 år, både som valp, någorlunda erfaren konstruktör, erfaren konstruktör och som chef.

Jag tror det kan vara ett av de vanligaste områdena där valpar tror att de är smartare än folk med erfarenhet och applikationsnötter från diverse halvledartillverkare. NEJ, i stort sett ingen av er valpar ska försöka hitta på egna smarta lösningar. NEJ, de flesta någorlunda erfarna konstruktörer ska inte försöka hitta på egna smarta lösningar. JO, vissa ERFARNA konstruktörer kan och bör hitta på egna smarta lösningar. Men långt ifrån alla.

Jag var själv inblandad i ett projekt där vi skyddade analoga ingångar och en erfaren konstruktör hade en lösning som såg bra ut som jag gillade. Tyvärr fick vi oväntat höga läckströmmar genom substratet i multiplexern. Det här är också ett problem i ADC i flera av STM32-familjen om man gör som ST föreslår. Hursomhelst, vi löste problemet genom att göra ingångarna mindre högimpediva och fick ett acceptabelt resultat.

Som TomasL skriver är det alltid en dålig idé att klampa mot VCC om man inte VET att man har något som HELT säkert sväljer klampströmmen på VCC. Det funkar om man har ett relativt stort motstånd i serie med insignalen som begränsar strömmen ordentligt men med dagens strömsnåla elektronik kan man torska ändå.

Slutligen, om man vill skydda mot ESD så är en kondensator direkt på inpinnen ofta en bra lösning enligt S:t Liebert. Vem? Jo Ölands ESD-guru.
Glattnos
Inlägg: 2972
Blev medlem: 29 oktober 2009, 20:01:18

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av Glattnos »

Det var en himla massa text. Exakt hur bör jag koppla då? Helst en bild :)
Skriv svar