Диоды и защитные цепи подавляют высоковольтные помехи при статическом разряде

В некоторой измерительной аппаратуре, такой как измерители рН (кислотности) и биоэлектрических потенциалов, требуется использование высокоомного буферного усилителя. Несмотря на то, что некоторые производители полупроводниковых приборов предлагают микросхемы усилителей, имеющих низкие входной ток и ток смещения, непосредственное подключение кабеля от датчика может привести к повреждению его электростатическим разрядом.

Неудачная схема защиты от статического электричества

На рис.1 показана неудачная схема защиты от статического электричества. Резистор R1 ограничивает ток при статическом разряде, а диоды D1A и D1B ограничивают размах напряжения на входе IC1 до уровней ее питания. К сожалению, при шунтировании входного сопротивления датчика кислотности, 400МОм, даже диоды с низким током утечки, такие как MMBD-1503A компании FAIRCHILD SEMICONDUCTOR, вносят значительное напряжение смещения.

Усилитель с малым входным током и низким током смещения AD8603

На схеме, приведенной на рис.2 предложено другое решение. Усилитель с малым входным током и низким током смещения AD8603 компании ANALOG DEVICES, IC1, включен, как входной буфер с единичным усилением. При нормальной входном сигнале, выходное напряжение схемы, VOUT, равно входному напряжению, VIN. Таким образом, напряжение на ESD-защитных диодах D1A или D1B приблизительно равно 0В, и никакие токи утечки диода не оказывают влияния на выходной сигнал датчика.

В зависимости от полярности электростатического разряда, попадающего на разъем подключения, его высоковольтный импульс разряжается через диод D1A или D1B на положительный или отрицательный полюс источника питания. Конденсатор C1 служит промежуточным «приемником заряда», который уменьшает скорость нарастания импульса разряда и защищает выход IC1 от защелкивания, пока диоды D2A или D2B сбрасывают энергию импульса статического электричества на положительный или отрицательный полюс источника питания. В сущности, C1 компенсирует паразитную емкость диода D1. Резистор R3 позволяет IC1 работать без самовозбуждения, на емкостную нагрузку которой служит C1.
Во время статического разряда оба диода D1 и D2 могут быть в проводящем состоянии, но напряжение VIN может превышать потенциал полюсов источника питания всего на величину двух прямых падений напряжения на диоде. Резисторы R1 и R2 ограничивает входной ток усилителя ниже рекомендованного производителем максимального уровня, 5мА.

Для исключения таких токов утечки, сформируйте защитное кольцо вокруг высокоомной части схемы, состоящее из медного проводника, который расположен с обеих сторон платы

При реализации схемы, обратите особое внимание на трассировку печатной платы. Дефекты в диэлектрике платы могут формировать паразитные пути для токов утечки. Для исключения таких токов утечки, сформируйте защитное кольцо вокруг высокоомной части схемы, состоящее из медного проводника, который расположен с обеих сторон платы  (рис. 3).

JLCPCP: 2USD 2Layer 5PCBs, 5USD 4Layer 5PCBs

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя