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当电子元件性能下降,如何保护您的模拟前端?(三)

2020.9.29
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

RC网络保护方案

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设计考量:

R1应该是一个防脉冲(厚膜)电阻,这样它在经受高压瞬变时不会轻易毁坏。

R1电压噪声与电阻值的平方根成正比,如果系统需要低噪声,这是一个重要的考虑因素。

C1应该是一个陶瓷电容,其封装尺寸至少为0805,以减小封装的表面电弧。

C1至少应为X5R类型温度系数的电容(理想为C0G/NP0类型),以保持可预测的电容值。

C1内部的等效串联电感和电阻应尽可能低,以便有效吸收冲击。

针对给定的封装尺寸,C1的额定电压应尽可能高(最低100 V)。

在本例中,C1的位置在R1之前,因为它构建了一个电容分压器,其中150 pF电容(如图5所示)将ESD波形放电到系统中,这样在放大器经受波形之前,能量已经先分流。

注意:虽然这种前端保护方法并没有得到电容制造商的认可,但在针对放大器的数百次测试中证明是有效的。ESD测试曲线(如下所述)仅在有限范围的电容产品上进行过测试,因此,如果使用不同的电容产品,需要先表征其应对冲击的特性,例如通过测量经受ESD冲击之前和之后的电容和等效串联电阻的方法,这一点非常重要。该电容器件应保持容值稳定,并且在被冲击后,始终在直流下保持开路状态。

当电子元件性能下降:如何保护您的模拟前端

图6.通过在模拟输入端配置TVS二极管实现输入保护。

TVS网络保护方案

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设计考量:

与RC网络相同:R1应能承受脉冲,但可能需要考虑噪声。

应该指明D1需要满足的标准。有些可能只涵盖ESD,其他的则涵盖EFT和浪涌标准。

D1应该是双向的,这样它就可以同时应对正负冲击。

D1反向工作电压应尽可能高,同时仍需通过必要的测试。如果过低,在正常的系统电压电平下可能出现漏电流。如果过高,则可能无法在系统损坏之前做出反应。

但是我听说TVS二极管经常发生泄漏,这会降低我的性能。

模拟电子领域,大家都知道TVS二极管容易发生泄漏,因此不能用于精密模拟前端。但有时情况不是这样,许多数据手册中的泄漏电流< 100?A,对于大多数模拟产品这个值是相当高的。对于这个数值,问题在于,它是在最高温度(150°C)和最大工作电压下的取值。在这种情况下,二极管极易泄漏。超过85°C,所有二极管的泄漏电流会更高。只要选择反向工作电压更高的TVS二极管,且不期望在85°C以上实现极低漏电流,则有望获得更低的泄漏电流。

如果您选择了合适的TVS,泄漏电流值可能低到让您惊讶。图7所示为测量12个相同产品型号的TVS二极管时获得的泄漏数据。

当电子元件性能下降:如何保护您的模拟前端

图7.36 V双向TVS二极管Bournes T36SC的泄漏值,在TIA中采用ADA4530评估板,带屏蔽,在25°C时采用10 G电阻。


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