Bir diyot kenetleme devresi aşırı gerilime ve ESD'ye karşı nasıl koruma sağlar?

15

Aşırı gerilim veya ESD koruması hakkında konuşurken bu devreyi her zaman görüyorum (bu devre her ikisini de mi, yoksa sadece birini mi gerçekleştiriyor?):

resim açıklamasını buraya girin

Ancak, nasıl çalıştığını anlamıyorum. Diyelim ki Vpin'e 20V koydum.

Bu yüzden Vpin, Vdd'den daha yüksek bir potansiyele sahiptir, bu nedenle akım diyottan akar. Ancak Vpin düğümündeki voltaj hala 20V ve IC hala 20V görüyor - bu dahili devreyi nasıl koruyor? Ayrıca, bir ESD olayı Vpin'e 10.000V'a ulaşırsa, dahili devreyi nasıl korur?

Son olarak, D2 diyotu Vss altında bir voltaja karşı korumak için mi, yoksa başka bir amacı var mı?

Bu devreyi simüle etmeyi denedim, ancak bir nedenden dolayı çalışmıyor.

diodes protection esd

— tgun926
kaynak

Belki Zener diyotları.

— Dan

1

ESD düşük enerji kaynağıdır, yani önemli bir seri empedansa sahip bir voltaj kaynağı olarak düşünün. ESD testi standartlarına bakarsanız, gerçek bir ESD kaynağı için model olarak kullanılan seri direncini gösterecektir.

— Martin

1

Çölde iseniz ve bir aslan sizi takip ederse, aslandan daha hızlı olmak zorunda değilsiniz, sadece grubunuzun en yavaş üyesinden daha hızlı olmanız gerekir. Koruma diyotları temel olarak grubunuza yavaş insanlar ekleyerek ve aslanların sayısı hakkında varsayımlar yaparak çalışır.

— Simon Richter

11

Devre, belirli koşullara bağlı olarak aşırı gerilime ve ESD'ye karşı koruma sağlar. Ana varsayım, Vd'nin Vpin'deki enerji kaynağına kıyasla "sert" olduğudur. Bu genellikle Vd = örneğin 1 A + kapasite amd için güç kaynağı için geçerlidir Vpin tipik bir sinyal kaynağıdır. Vpin örneğin bir araba aküsü ise, D3 imha edilmeden ne kadar süre önce tüm bahisler kapalı olabilir. .

Gösterildiği gibi, Vpin girişi Ddd diyotu ile Vdd'ye bağlanır. Ya
- Giriş Vd üzerindeki bir diyot düşüşüne kenetlenecektir, çünkü kaynak Vd voltajını yükseltmek için yeterli enerjiye sahip değildir veya
- Vd Vpin'e yakın yükselir - sadece Vpin Vd'den çok daha "sert" ise. Genellikle değil, veya
- D3 enerji kaynağı olarak imha edilecek ve lavabo onu duke edecek

Küçük bir direnç eklemek normaldir - diyelim ki Vpin ve D2 D3 bağlantısı arasında 1k ila 10k.

Vpin şimdi direnç boyunca ~ = Vpin-Vd'yi düşürmelidir.

ESD: Aynı devre ESD için aynı şekilde çalışır, bu sadece daha yüksek voltajlı düşük enerji (umarsınız) enerji kaynağıdır. Yine, bir seri giriş direnci yardımcı olur. Yükselme süresi ve mevcut enerji ve hatta diyot tepki süresi gibi hususlar önem kazanır.

— Russell McMahon
kaynak

Nedenini daha iyi açıkladığı için cevabımı sizinkine değiştirmeye karar verdim.

— tgun926

16

Bu voltaj kaynaklarının "ideal" olduğunu unutuyorsunuz. Dolayısıyla, girişiniz doğrudan bir tedarikten 20V ise, her zaman 20V olacaktır.

Oraya bir seri direnç atın ve nasıl çalıştığını görebilirsiniz.

Devreyi modellemek için LTspice kullandım.

R1 bazı IC pinleri için giriş direncidir.

1V artışlarla -10V'dan 10V'a bir DC süpürme yaptım.

Gördüğünüz gibi, 5.7V'un üzerine çıkmaya başladığımda, R1 sadece ~ 5.7V'yi görüyor.

ESD'ler çok daha yüksek voltajlıdır ve sadece kısa bir süre dayanır, ancak bu korumayı göstermelidir.

$V_{pin} > V_{dd}+0.7$ $V_{pin} < -0.7$

— efox29
kaynak

Bu yanıt için teşekkürler. Benzer bir sorum vardı ve simüle etmek istedim ama şu anda bilgisayarın yakınında değilim.

— İlgili Vatandaş

Peki, Vdd = 3.3V için, Vpin = 6V ise Vic 2V (6 - (3.3 + 0.7)) olur mu?

— m4l490n

1

@ m4l490n Hayır, Vpin'i küçük bir değerden büyük bir değere yükselttiğinizde, bir Vpin (Vx diyelim) değerinde diyot iletmeye başlar ve tüm Vpin> Vx değerlerini iletir. Tüm Vpin> Vx için, diyot ileriye doğru eğimli olduğundan, Vic gerilimi sabit olacaktır ((3.3 + 0.7) 'e eşittir).

— skt9

3

ESD testi + 8kV veya -8kV'a kadar çıkabilir. + 8kV'luk bir deşarj meydana geldiğinde, akım D3'ten akar ve kendini nötralize etmeye çalışır. -8kV olduğunda, akım D2'den akacaktır.

Gerçek dünya uygulamasında, VDD ve VSS kaynağı çok uzaktadır. ESD gerçekleştiğinde, ani VDD (veya VSS) izinden atlayacak ve diğer bileşenlere müdahale edecektir.

Bu istenmeyen özelliği en aza indirmek için her zaman VDD ve VSS arasına bir toplu kapak ekleyin; D2 ve D3'e en yakın.

— Jason Han
kaynak

2

"Vin> Vcc + 0.7 olduğunda veya Vin <-0.7 olduğunda, diyotlardan biri iletime başlayacaktır. Aşırı voltaj (5.7 veya altı -0.7'nin altındaki herhangi bir şey toprağa veya tekrar kaynağa aktarılır) Bence bu açıklama dan efox29 hemen hemen sorunuza cevap veriyor.

Resminiz biraz yanıltıcı. 20V yazdığınız Vpin düğümü umarım asla 20V'a ulaşmaz. Vpin voltajda yükselmeye başladığında (20V'a kadar), Vdd voltajının (5V + 0.7) üzerine çıktığında D3 diyotu akımın çoğunu Vdd düğümüne gönderir ve Vpin yapmaz voltajda daha yüksek olsun.

Aynı şekilde D2, Vpin voltajını Vss'den daha az olmayacak şekilde sıkıştırır

Vdd ray beslemesinin işi, Vdd ile toprak arasındaki potansiyel farkı 5V'da tutmaktır. vdd düğümüne akım göndererek vdd'yi 5v'den daha büyük hale getirmeye çalışırsanız, Vdd rayı kaynağı vdd 5v'de kalacak şekilde toprağa gönderdiğiniz bu ekstra akımı geçirir. gerçekten vin düğümünün 20v'de olmasını (toprak ile ilgili olarak) talep ettiyseniz, o zaman aynı düğüm için farklı voltajlar gerektiren iki kaynağınız var (buna "kaynak çekişmesi" dediklerini düşünün). Vin'deki 20V kaynağı, 5v vdd rayının batabileceğinden daha fazla akım sağlayabilecek kadar güçlü ise (ve bu çok fazla akım olmalı ve D3 muhtemelen çok fazla akımla başarısız olacaktır) o zaman Vdd düğümü 20V vin kaynağı ile 19.3V olmaya zorlanmalıdır.

— user158323
kaynak

Yani, "Aşırı voltaj (5.7'nin üstünde veya -0.7'nin altında herhangi bir şey toprağa veya tekrar kaynağa geçirilir) derseniz, Vin 20V'a ulaşırsa, Vdd rayının 14.3V'a yükseleceği anlamına mı gelir?

— m4l490n