W jaki sposób diodowy obwód zaciskowy chroni przed przepięciem i wyładowaniami elektrostatycznymi?


15

Zawsze widzę ten obwód, gdy mówimy o przepięciu lub ochronie przed wyładowaniami elektrostatycznymi (czy ten obwód spełnia oba, czy tylko jedno?):

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Nie rozumiem jednak, jak to działa. Powiedzmy, że włączyłem 20 V w Vpin.

Zatem Vpin ma wyższy potencjał niż Vdd, więc prąd przepływa przez diodę. Ale napięcie w węźle Vpin wynosi nadal 20 V, a układ scalony nadal widzi 20 V - w jaki sposób chroni to wewnętrzny obwód? Ponadto, jeśli zdarzenie ESD osiągnęło wartość 10 000 V dla Vpin, w jaki sposób chroni wewnętrzny obwód?

Wreszcie, czy dioda D2 ma chronić przed napięciem poniżej Vss, czy też ma jakiś inny cel?

Próbowałem symulować ten obwód, ale z jakiegoś powodu nie działa.


Być może diody Zenera.
Dan D.

1
ESD jest niskoenergetycznym źródłem, dlatego należy je traktować jako źródło napięcia o znacznej impedancji szeregowej. Jeśli spojrzysz na standardy testowania ESD, pokaże to rezystancję szeregową, która jest używana jako model dla prawdziwego źródła ESD.
Martin

1
Jeśli jesteś na pustyni, a lew podąża za tobą, nie musisz być szybszy niż lew, po prostu musisz być szybszy niż najwolniejszy członek grupy. Diody ochronne działają w zasadzie, dodając do grupy wolnych ludzi i przyjmując założenia dotyczące liczby lwów.
Simon Richter,

Odpowiedzi:


11

Obwód chroni przed przepięciem i wyładowaniami elektrostatycznymi pod pewnymi warunkami. Głównym założeniem jest to, że Vd jest „sztywny” w porównaniu do źródła energii na Vpin. Jest to zwykle prawdziwe w przypadku Vd = zasilacz powiedzmy 1 A + pojemność i Vpin jest typowym źródłem sygnału. Jeśli Vpin jest np. Akumulatorem samochodowym, wszystkie zakłady mogą być wyłączone na to, jak długo potrwa zanim D3 zostanie zniszczony. .

Jak pokazano, wejście Vpin jest podłączone do Vdd za pomocą diody D3. Albo
- Wejście zostanie zaciśnięte do jednej kropki diody powyżej Vd, ponieważ źródło nie ma wystarczającej energii do podniesienia napięcia Vd lub
- Vd wzrośnie do poziomu zbliżonego do Vpin - tylko jeśli Vpin jest znacznie „sztywniejszy” niż Vd. Nie zwykle lub
- D3 zostanie zniszczone jako źródło energii i zatopi go

Zwykle dodaje się mały rezystor - powiedzmy od 1k do 10k między Vpin a złączem D2 D3.

Vpin musi teraz upuścić ~ = Vpin-Vd na oporniku.

ESD: Ten sam obwód działa w ten sam sposób dla ESD, który jest „tylko” źródłem energii o niższym napięciu (możesz mieć nadzieję). Ponownie pomaga szeregowy rezystor wejściowy. Ważne stają się takie aspekty, jak czas narastania i dostępna energia, a być może nawet czas reakcji diody.


Postanowiłem zmienić moją odpowiedź na twoją, ponieważ lepiej wyjaśnia dlaczego.
tgun926

16

Zapominasz, że te źródła napięcia są „idealne”. Więc jeśli twoje napięcie wejściowe wynosi 20 V bezpośrednio z zasilania, zawsze będzie to 20 V.

Wrzuć tam rezystor szeregowy, a zobaczysz, jak to działa.

Użyłem LTspice do modelowania obwodu.

R1 oznacza rezystancję wejściową dla niektórych styków układu scalonego.

Zrobiłem przemiatanie prądu stałego od -10 V do 10 V z przyrostem 1 V.

Jak widać, gdy zaczynam przekraczać 5,7 V, R1 widzi tylko ~ 5,7 V.

ESD mają znacznie wyższe napięcie i działają tylko przez krótką chwilę, ale to powinno wykazać ochronę.

V.pjan>V.rere+0,7V.pjan<-0,7

wprowadź opis zdjęcia tutaj

wprowadź opis zdjęcia tutaj


Dziękuję za tę odpowiedź. Miałem podobne pytanie i chciałem je zasymulować, ale obecnie nie jestem w pobliżu komputera.
Zainteresowany obywatel,

Zatem dla Vdd = 3,3 V, jeśli Vpin = 6 V, to Vic miałby 2 V (6 - (3,3 + 0,7))?
m4l490n

1
@ m4l490n Nie, kiedy zwiększysz Vpin z małej wartości do dużej, przy jednej wartości Vpin (powiedzmy Vx) dioda zaczyna przewodzić i przewodzi dla wszystkich wartości Vpin> Vx. Dla wszystkich Vpin> Vx, ponieważ dioda jest skierowana do przodu, napięcie Vic będzie stałe (równe (3,3 + 0,7)).
skt9

3

Test ESD może wzrosnąć do + 8kV lub do -8kV. Kiedy nastąpi wyładowanie + 8kV, prąd przepływa przez D3 i próbuje się zneutralizować. Kiedy nastąpi -8kV, prąd przepłynie przez D2.

W rzeczywistych zastosowaniach zasilanie VDD i VSS jest bardzo odległe. Kiedy nastąpi ESD, skok wyskoczy ze śladu VDD (lub VSS) i zakłóci inne komponenty.

Aby zminimalizować tę niepożądaną cechę, zawsze dodawaj zbiorcze ograniczenie między VDD i VSS; najbliżej D2 i D3.


2

„Gdy Vin> Vcc + 0,7 lub gdy Vin <-0,7, zacznie przewodzić jedna z diod. Nadwyżka napięcia (wszystko powyżej 5,7 lub poniżej -0,7 przechodzi do masy lub z powrotem do źródła zasilania”. Myślę, że to wyjaśnienie z efox29 prawie odpowiada na twoje pytanie.

Twoje zdjęcie jest nieco mylące. Węzeł Vpin, w którym zapisano 20 V, miejmy nadzieję, że nigdy nie osiągnie 20 V. Gdy napięcie Vpin zaczyna rosnąć (w drodze do 20 V), to gdy tylko wzrośnie powyżej napięcia Vdd (5 V + 0,7) dioda D3 będzie przewodzić i wysyłać większość prądu do węzła Vdd, a Vpin nie będzie uzyskać wyższe napięcie.

Podobnie D2 ustali napięcie Vpin na wartość nie mniejszą niż Vss

zadaniem zasilania szyny Vdd jest utrzymanie potencjalnej różnicy między Vdd a masą na poziomie 5 V. jeśli spróbujesz zwiększyć VDD do wartości większej niż 5 V, wysyłając prąd do węzła VDD, zasilanie szyny Vdd przekaże ten dodatkowy prąd, który wysłałeś do ziemi, tak że VDD pozostanie przy 5 V. jeśli naprawdę zażądałeś, aby węzeł Vin był na poziomie 20 V (względem ziemi), to masz dwa źródła żądające różnych napięć dla tego samego węzła (myśl, że nazywają to „rywalizacją o źródło”). Jeśli źródło 20 V w Vin jest na tyle silne, że może dostarczyć więcej prądu, niż szyna 5 V VDD może zatonąć (a to musiałoby być dużo prądu, a D3 prawdopodobnie zawiodłoby przy tak dużym prądzie), to węzeł Vdd być zmuszonym do uzyskania 19,3 V przy zasilaniu winem 20 V.


Kiedy więc powiesz: „Nadwyżka napięcia (wszystko powyżej 5,7 lub poniżej -0,7 przechodzi do ziemi lub z powrotem do źródła zasilania”), oznacza to, że jeśli Vin osiągnie 20 V, szyna Vdd wzrośnie do 14,3 V?
m4l490n
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.