Высокоимпедансный буферный усилитель с защитой входов от электростатических разрядов

Analog Devices AD8603

Журнал РАДИОЛОЦМАН, май 2019

Eugene Palatnik

EDN

Для измерения некоторых параметров, таких как pH (кислотность) и биопотенциалы, требуются буферные усилители с высоким входным сопротивлением. Микросхемы усилителей с низкими значениями напряжений смещения и входных токов предлагают многие производители полупроводников, но при подключении кабеля датчика к схеме усилителя существует риск повреждения электростатическим разрядом (ESD), что требует соответствующей защиты усилителя. Пример неудовлетворительного решения этой проблемы показан на Рисунке 1. Резистор R1 ограничивает ток, создаваемый ESD, а диоды D1A и D1B не позволяют входному напряжению усилителя IC1 превысить уровни шин питания. К сожалению, при шунтировании 400-мегаомного входного импеданса датчика pH даже диоды с малой утечкой, такие как MMBD1503A, выпускаемые ON Semiconductor, создают значительные напряжения смещения.

В обычной схеме защиты от электростатических разрядов диоды ограничивают входное напряжение усилителя до уровня его шин питания, но являются причиной нежелательных токов утечки.
Рисунок 1. В обычной схеме защиты от электростатических разрядов диоды
ограничивают входное напряжение усилителя до уровня его шин
питания, но являются причиной нежелательных токов утечки.

Альтернативный подход иллюстрируется схемой на Рисунке 2. Усилитель AD8603 компании Analog Devices с низкими входными токами и низкими токами смещения выполняет функцию входного буфера с единичным усилением. Для любого нормального входного сигнала выходное напряжение схемы VOUT равно входному напряжению VIN. Поэтому напряжение на диоде защиты от электростатических разрядов D1A или D1B приближается к 0 В, и ток утечки ни одного из диодов не влияет на выходной сигнал датчика. В зависимости от полярности ESD, приложенного к входному разъему схемы, высоковольтный пик разряжается через диод D1A или D1B на положительную или отрицательную шину питания. Конденсатор C1 работает как промежуточное «хранилище заряда», которое уменьшает скорость нарастания пика ESD и защищает выходной каскад микросхемы IC1 от защелкивания, пока диод D2A или D2B не начнет отводить ток ESD в положительную или отрицательную шину питания. По сути, C1 компенсирует паразитную емкость D1.Резистор R3 обеспечивает устойчивость микросхемы IC1 при подключении емкостной нагрузки.

В этой альтернативной схеме напряжение на обеих половинах D1 в нормальном режиме приближается к нулю и не приводит к возникновению токов утечки. Во время электростатического разряда оба диода проводят ток, защищая входы микросхемы IC1.
Рисунок 2. В этой альтернативной схеме напряжение на обеих половинах D1 в
нормальном режиме приближается к нулю и не приводит к возникновению
токов утечки. Во время электростатического разряда оба диода проводят
ток, защищая входы микросхемы IC1.

Во время электростатического разряда проводить ток могут как D1, так и D2, но при этом входное напряжение VIN превышает напряжение шины питания только на два прямых напряжения диода. Резисторы R1 и R2 ограничивают входные токи усилителя ниже рекомендованного изготовителем максимального уровня 5 мА.

Для получения наилучших характеристик окружите высокоимпедансные точки схемы медными проводниками, которые будут перехватить токи утечки.
Рисунок 3. Для получения наилучших характеристик окружите
высокоимпедансные точки схемы медными проводниками,
которые будут перехватывать токи утечки.

При изготовлении схемы обращайте особое внимание на разводку печатной платы. Из-за несовершенства диэлектрических свойств платы могут возникнуть пути для паразитных токов утечки. Добавление медных проводников с обеих сторон платы для создания защитных колец вокруг высокоимпедансных узлов отклоняет токи утечки (Рисунок 3).

Материалы по теме

  1. Datasheet Analog Devices AD8603
  2. Datasheet ON Semiconductor MMBD1503A

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: High-impedance buffer amplifier's input includes ESD protection

Цена AD8603AD8603 на РадиоЛоцман.Цены — от 29,60 до 132 руб.
33 предложений от 26 поставщиков
Операционный усилитель CMOS, DigiTrim (цифр. подстройка Uсм), вх./вых. размах до шин питания, 0,4 МГц, 0,1 В/мкс, Uсм = 0,012 мВ, 1...
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
ТриемаAD8603AUJ30 руб.
AliExpressAD8603 AD8603AUJZ AD8603AUJ АОС A0X СОТ-23-536 руб.
КонтестAnalog DevicesAD8603AUJZ-REEL790 руб.
ПолигонAnalog DevicesAD8603AUJZ-R2 ANALOG DEVICESпо запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Интересная статья, но есть пару моментов: 1) Как отнесется ОУ к емкости в 1 нФ на своем инвертирующем входе? Оценка стабильности? 2) Почему такие жиденькие (на глаз толщина 0,2мм) проводники в защитной цепи? Ну и я бы пожалуй оторвал R2 от диодов и завел его напрямую на выход ОУ, при этом 1) отпадает необходимость защиты от статики инвертир.входа, 2) на инвертир.входе не сидит емкость, 3) все преимущества исходной схемы сохраняются!