Filter mellan gen. och µC

[jesse]

Vet du, jag kan nog garantera att störningen har kommit direkt in på portpinnen!

Det är, som jag så ofta har understrukit, anledningen till att in- och utgångar aldrig får lämna kretskortet utan ett drivsteg eller effektivt filter mellan.


Detta är ett verkligt exempel på ett kommersiellt produkt som har funnits i handeln sedan 2006. Ingången används till att avläsa en micro-brytare som sitter i närheten av 230V motorer osv. Vad jag vet finns det ett antal 1000 ute på marknaden och inte en enda har fallerat på denna ingångstyp!

R13 är ett exempel på hur man kan göra en pull-up utan att "släppa ut" VDD. Denna ingång sitter ju till en brytare.
R8 är ett strömbegränsermotstånd som tillsamman med C2 ger en rimlig bra filtrering av snabba störningar.
Denna begränsning ger samtidig D6 möjlighet att reagerar snabbt nog vid "icke-snabba" pulser. OBS att den är på 4,7V, det är rikligt att få den till att reagerar som en '1' men innan spänningen stiger till 5V eller över har zenerdioden ganska säkert börjar leda på allvar.

IC7 är mest för att ha ett steg mer samt klara signaler (schmitt-trigger), den kan likaväl bestå av processorpinnen direkt. Och vill man ha den direkt skulle jag förslå att öka värdet på R8 till 10k eller mer.

En sak jag undrar är varför ingången på en CMOS 40106 skulle klara spikar mm. bättre än en processoringång som också är CMOS? Processorn skyddas ju av interna dioder, men det gör ju inte 40106:an så teoretiskt sett borde ju processorn vara mer 'robust'? Nu tar ju RC-filter och zenerdioden hand om det mesta, men om det är så borde man ju kunna skippa buffertkretsen.

[Icecap]

Det är aldrig bra att klampa mot matningen om inte man ser till att det finns en tillräcklig impedans innan klampningen!

Låt oss ta ett exempel: det finns spänningsspikar i storleksordningen 50V. Man har en ferrit på ingången men då det är relativt långsamma spikar ger det inte mycket. Sedan kommer nästa steg: en klampning mot VDD. Detta betyder att VDD plötsligt ger ett skutt och kan komma upp på 49V. OK, det finns kondensatorer som kan "hålla igen" lite men om pulsen är rimlig långsam är det bara att konstatera att kondensatorerna sticker iväg också.

Så det som behövs är en komponent som säkrar hög impedans mellan klampningen och den fysiska ingången - och där faller ett motstånd naturligt. Om man använder ytmonterat kan det vara värd att fundera över spänningståligheten på motstånden, man kanske får sätta två efter varandra...


Nåväl, det finns ett motstånd - och sedan tar man en transidientskyddsdiod på 5V. Den begränsar alltså spänningen hårt och brutalt till ±5V, jättebra. Förutom att -5V inte så ofta är bra i ett positivt matat system... Och det farliga är att negativ spänning kan, utan att ha speciellt med ström, aktivera en tyristoreffekt som finns i nästan alla kretsar som en biprodukt av tillverkningssättet, detta kan trigga en latch-up - som släpper ut den magiska röken.

Så transidientskyddsdioder är bra - men inte bra nog.

Zenerdioder är inte heller bästa lösningen men där får man iaf. en asymmetrisk lösning och kombinerat med ett lågpass filter och impedansökning kommer man väldigt långt. Att zenerdioden inte har en exakt knäspänning är helt korrekt, det är anledningen till att jag använder 4,7V zener i 5V system, de datablad jag har läst igenom ger mig rätt i att vid ung. 4,97V ska det gå en betydande ström och med impedansökningen är det inte möjligt.

Såklart ville transidientskyddsdiod + impedansökning + zener + lågpassfilter + ferrit vara en riktigt bra lösning men någonstans måste galenskaperna stoppa och en riskbedömning träda in. I vissa fall är det den rätta lösning och i andra kan man minska antalet komponenter.

jesse: just det att CMOS-kretsen saknar dessa dioder gör att den inte eldas upp av en "lagom" överspänning. Men den enda CMOS-krets jag vet om saknar dessa dioder är 4050, alla andra har dom! Men grejen är att den krets sitter där för sin Schmitt-trigger funktion och inget annat. innan det kommer besvärliga nivåer på ingången har zenerdioden i samband med RC-lågpass filtret tagit hand om saken.

Jag skulle dock använda ett högre värde på R8, 10k+ för allmänt bruk.

[limpan4all]

Transientskyddsdioder finns både bipolära och unipolära.
Det vanliga är att man tar en unipolär och en schottydiod till varje ingång efter det impedanshöjande motståndet.

Med ditt val av zennerdiod så kan du hamna över 5,4V redan vid 20mA shuntningsström...
En ESD zap kan ge betydligt högre strömmar, så inom en låda är det OK (vilket var det du använde denna ingång till så det är OK men TS vill dra ut det hela utanför) men knappast utanför, för 100nF kondingen kan inte absorbera energin. Samt så kommer en hel del av energin att ledas upp till matningsspänningen via pull-up motståndet och då gäller det att den kan absorbera energin tillräckligt fort vilket oftast är ett problem.

[SeniorLemuren]

men någonstans måste galenskaperna stoppa och en riskbedömning träda in. I vissa fall är det den rätta lösning och i andra kan man minska antalet komponenter.

Precis så är det ju. Ektroniken sitter inte i ett flygplan eller en bil som kan köra i 200 km/tim. utan i en båt som gör max 20 km/tim. Det finns dessutom dubbla motorer med varsitt system så man behöver kanske inte dra till med hela paketet. Den lösning som Icecap visade schema på tycker jag verkar vettig mot den bakgrunden.

Återstår att göra något åt 24 volten som matar stegmotordrivarna. De är enligt spec. internt skyddade på ingångarna, men behöver ett skydd för överspänning på 24V-matningen. Förslag?

[TomasL]

Senioren, har laddat upp lite intressanta dokument i Guider/FAQ.

[SeniorLemuren]

Ok. Vilket dokument är relevant i denna fråga och i vilken tråd kan jag hitta det?

[TomasL]

Guider/FAQ
Dvs http://elektronikforumet.com/forum/view ... 14&t=67249
Bägge dokument är av intresse, det ena hanterar Snubbers, dvs avstörning av induktanser såsom reläspolar osv, det andra om TVS-dioder för att till exempel skydda processoringångar.

[SeniorLemuren]

Input_Prot.png

Om man ritar om det hela till min pull-down koppling och utan schmitt triggern så skulle det det bli enligt nedan. Blir det rätt?

picingång.jpg

[limpan4all]

Jo, men nu har du skickat ut din 5V utanför det skyddade området.
Innan 5V lämnar din elektronik lägg ett seriemotstånd på typ 220-1000 Ohm och en kondensator på typ 10 till 100 uF med minimum 50V spänningstålighet mot GND utanför.
Då förhindrar du att störningar utifrån går rakt in i din 5V.

[jesse]

Därför brukar man oftast koppla externa brytare till GND och ha en pull-up på ingången. Så slipper man eventuella problem med +5V ut.

[TomasL]

Skulle göra så här istället
Alternativt flyttar man pullupen innanför seriemotståndet, men då måste antingen pullupen ökas kraftigt och/eller seriemotståndet minskas kraftigt.
För extra säkerhet kan man sätta en diod i serie med Pullupen och även på ingången.

[danei]

Är inte en enkel transientskyddsdiod, som en snabb zenerdiod. Dvs. exempelvis 12V spaningsfäll i en riktning och 0,7V i andra? Eller har jag fått det om bakfoten?

[Icecap]

Det är rätt uppfattat. Den är optimerat för ett mycket skarpt "knä" och låg kapacitans men annars är det spot-on.

[danei]

Nåväl, det finns ett motstånd - och sedan tar man en transidientskyddsdiod på 5V. Den begränsar alltså spänningen hårt och brutalt till ±5V, jättebra. Förutom att -5V inte så ofta är bra i ett positivt matat system...

Då borde det väl inte bli -5v utan -0,7 eller något åt det hållet, om man inte använder en dubbel då blir det ju ±5V. Men det känns som ett sämre alternativ.

[blueint]

Vad skiljer transientskyddsdioden (TVS?) från zenerdioden förutom reaktionshastigheten?

Kan man t.ex använda en transientskyddsdiod som en konstantspänningskälla?, kanske t.om med lite belastning?