Добрый день!
Как правильно защитить входы устройства от статического напряжения и повреждения элементов управления (микроконтроллер, ПЛИС и т.д.)?
Есть длинный кабель с дискретными сигналами, его могут подключить "на горячую", либо без заземления, либо совместно (делаю защиту от дурака, так сказать, не хочется навредить устройству вот такими манипуляциями).
Правильна ли следующая цепочка:
Кабельная шина -> вход устройства -> защита ESD -> оптическая развязка -> микроконтроллер/плис?

Специально для вас прилеплена тема "FAQ: защита дискретных и аналоговых входов, Выборка из истории форума"

Пардон, в глазу бревна не заметил к своему стыду

Параллельно контактам соединителя быстрый низковольтный ограничитель (сборка диодов и ограничитель), после него ограничитель тока (резистор), после него вывод микросхемы.

Как бы эту тему перетащить в обсуждение давно созданной темы...


При этом, все-таки, схема остается не развязанной. Хочется, все-таки, совершенно отвязаться от внешнего мира.

1. Насколько я понял, гальваническая развязка защищает устройство лишь от попадания внешних высоких напряжений непосредственно на входы МК. Вот, например, есть вот такой цифровой изолятор. Пишут, что 3кВ RMS у него изоляционный барьер держит. Однако это ведь, по факту, означает, что при попадании 3кВ разряда на входы микросхемы, изолированная сторона останется целой, а сгорит лишь изолирующая сторона.

2. Поэтому для защиты изолирующего входа нужно как-то ограничить попадание статики (даже с пальцев, когда в свитере ходишь) на входы данного цифрового изолятора. Параллельно линиям ставим защитные низковольтные защитные варисторы/tvs-диоды/супрессоры.

Таким образом будет обеспечена развязка сигналов от внешнего мира (3кВ) микросхемой цифрового изолятора, а сами ее входы защищены ESD-протекторами (варисторы, либо tvs-диоды, либо супрессоры).
Видел еще схемы, где статика через конденсатор на корпус прибора стекала, однако у меня есть и дискретные входы, для которых такое, возможно, и сгодится, и сигнальные интерфейсные линии, где с таким конденсатором фронты сигналов загнутся и это будет хрен пойми что

Схему прилагаю, как я это вижу...


Верно ведь?

Статика это большое напряжение с большим сопротивлением и малой энергией. Делать гальваническую развязку от такого совсем не обязательно.

Отличная схема - сперва делаешь защиту, а потом уже приходится защищать саму защиту...

... (изолятора), между общими газовый разрядник.

Гальваническая развязка в моем случае обеспечит защиту дорогих ПЛИС и МК на плате. Если же входной буфер только пострадает - то и пусть лучше так... Поэтому если ваши слова "защита ради защиты" - сарказм, то я его не понял


Вот, так мне более понятно, потому что это почти так, как у меня на схеме выше. Правда, если честно, не совсем понял про разрядник (как Вы имели ввиду его подключить), и какую роль он будет выполнять (ведь по входам будет стоять ограничитель (в моем понимании это сборка диодов TVS)).

А че тут понимать? 1.5-2$ за защиту одной ножки. С такой калькуляцией для десятка входов стоимость защиты вполне превысит стоимость "дорогих ПЛИС и МК на плате".

Ещё раз. Разрядник между общими проводами. И роль понятнее некуда — отвод помехи на реальный общий.


Ещё раз. Я определил два отдельных понятия — сборка диодов и ограничителя, это такой стандартный компонент:

https://www.digikey.com/products/en/circuit...mp;pageSize=500

С точки зрения реальной практики замечание вполне актуальное, поэтому если, все таки гальваноразвязка, то смотрите в сторону простейших транзисторных оптронов, там можно вполне обойтись и без запитки линейной стороны. Из TVS диодов для таких целей могу порекомендовать двойной -- ESDA5V3L

Ну на самом деле у Analog Devices есть и многоканальные цифровые изоляторы, применение которых будет существенно дешевле, чем одиночных...
На самом деле я лишь ищу максимально грамотного решения, ведь если у меня в полевых условиях сломается блок - огребу больших проблем



Прошу прощения за возможную некомпетентность в данном вопросе, просто я, прочитав статьи и вот такой Application Note, пришел к выводу, что сборка TVS диодов как раз и выполняют роль ограничителя, ну разве нет? Ограничивают же напряжение на уровне обратного пробоя, м?
По поводу разрядника я все же не понимаю, хоть убейте. Если линия якобы "защищена" уже трансилами TVS, зачем ее защищать еще и разрядником?
Нашел где-то в Интернете вот такое типовое решение, похоже это то, о чем Вы говорите:


Искренне желаю докопаться до истины, разобравшись раз и на всегда, как говорится.
Также по поводу приведенного выше цифрового изолятора: у него еще и входная цепь имеет собственное питание. Питание получается тоже ведь защищать надо каким-то образом, ведь думаю, что если я искрану на любую из линий кабеля (данные или вход питания) - что-то явно повредится.

Также не менее важным вопросом является влияние на защищаемый сигнал (емкость тех же TVS-диодов или разрядника).


Спасибо, этих тараканов удобно хоть разводить на плате будет

Посчитай, особенно с учетом доставабельных цен на меньшие количества - получится совсем не дешевле.


Как по мне максимально грамотное для входа если гальваторазвязка не нужна сама по себе(если устройство и то к чему подключается уже гальванически развязано от сети) - резистор или резистивный делитель после которого TVS или пара диодов на некое питание с TVS(второе решение для скоростных цепей т.к. при нормальной работе диоды закрыты и емкость гораздо меньше, заодно TVS защищает от выбросов по питанию). Для защиты от статики этого достаточно. Если надо защитить от атмосферного электричества(длинные линии), то на входах стоит добавить разрядники и увеличить размеры резисторов.

На условно Вашей картинке отчётливо видно два общих провода — между ними должен быть разрядник.


В третий раз. Есть сборки ограничителей, а есть сборки ограничителей и диодов. Это разные компоненты. И поскольку Вы озвучили это:


то такую задачу могут решить только вторые, ссылку на практически все производимые модели которых я Вам и дал.

Разрядник нужен тогда, когда возможна мощная импульсная помеха(удар молнии рядом с линией). К примеру 1кА импульс из 220В линии TVS просто не выдержит, а вот разрядник вполне(хоть и не много и не долго).

С этим да, понял.


Понял, что Вы имели в виду - что есть просто ограничители:


а есть сборка диодов "rail-to-rail" с такими же ограничительными TVS-диодами:


Тот аппноут, который я привел выше, не приводит основных характерных признаков, при которых я должен применять ту или другую схему защиты, в связи с этим слова


вносят мне небольшой когнитивный диссонанс. С чем связана такая необходимость применения второго варианта (именно сборка диодов и ограничителя)?



С этим, в общем-то, ясность некоторая была, только лишь не понятно, по какой цепи потечет в этом случае ток помехи (той самой, которую породила молния на линии).

Потому что ограничитель мощный компонент, а потому, тупо чрезвычайно большой кусок кремния, а потому, с такой же большой ёмкостью, а потому, ну очень тугой.


Помеха всегда сперва отводится на (защитный) общий провод, а с него в землю, прямо или косвенно, например, через электросеть. Если её путь конструктивно не просчитан, то она пройдёт через изолирующие цепи, и с этого момента они перестанут быть таковыми — эквивалент человека по стандарту 8 кВ, а типовая изоляция 1,5 кВ.

Теперь понял, большое спасибо А то пишут в статьях всяких что ограничитель имеет низкие емкости (бла-бла покупайте ставьте в сигналы и т.д.), отсюда и непонимание пошло... Кстати вот тут пишут, что схема "ограничитель с диодами" просто экономичнее - ведь по сути нужен всего лишь один ограничитель на все линии, вместо ограничителей на каждую линию. А диоды просто "стравливают" излишнее напряжение на один ограничитель.


По сути прикрутить к корпусу прибора (он металлический и заземлен).

Берем доку на сборку чистых TVS для 5В

http://www.st.com/content/ccc/resource/tec....CD00002055.pdf

Смотрим на типовые емкости на 2-й странице - там десятки(для 14-25В TVS) и сотни pF.

А теперь берем сборку с диодами на TVS

http://www.st.com/content/ccc/resource/tec....CD00050750.pdf

там максимальная емкость 3,5pF. И всё потому, что на 5-ю ногу сразу подано напряжение Vbus и верхний диод будет закрыт пока напряжение не превысит порог срабатывания. Естественно емкость TVS такая-же примерно как и у сборки выше, но до отпирания верхнего диода она не мешает работать защищаемой цепи .

Собственно это и есть основной критерий....
ЗЫ. Кстати, во второй доке есть и разъяснения по поводу особенностей защиты от статики включая рекомендации по разводке.