Защита входов микроконтроллера – Защита входов цифровой электроники

Защита микросхем от ESD и перенапряжений

   Выводы интегральных микросхем, предназначенные для подключения к внешним цепям или периферийным устройствам, подвержены риску воздействия электростатических разрядов.  

   Электростатический разряд (electrostatic discharge — ESD) представляет собой передачу энергии между двумя телами с разными электростатическими потенциалами. Он может происходить как в результате прямого контакта, так и в результате пробоя атмосферы между телами. 

   Разряд вызывает протекание импульса тока через внутренние цепи микросхемы и может приводить к ее частичному или полному повреждению. 

   Для защиты микросхем от электростатического разряда применяют дополнительные электронные компоненты – резисторы, диоды, стабилитроны, TVS диоды или супрессоры, буферные микросхемы. Данная статья представляет собой краткий обзор этих компонентов и схем на их основе. 

   Самая простая схема защиты от электростатического электричества представляет собой резистор, включенный между источником заряда и выводом интегральной микросхемы. 

   Последовательное сопротивление вместе с паразитной емкостью входа микросхемы (а также емкостью монтажа) образует низкочастотный пассивный фильтр. Этот фильтр будет подавлять высокочастотную составляющую электростатического разряда, в которой сосредоточена большая часть его энергии. Кроме того резистор будет ограничивать  ток,  протекающий через внутренние защитные цепи микросхемы вследствие разряда.

 

R1 – защитный резистор 50 – 200 Ом; D1, D2 – внутренние защитные диоды;  C1 – паразитная емкость входа ~ 5 – 10 пФ

 

   Чем выше значение сопротивления защитного резистора, тем лучшую защиту от ESD он будет обеспечивать. Естественно с ростом сопротивления резистора частота среза НЧ фильтра на входе микросхемы будет уменьшаться. Это нужно учитывать, если данный вход используется для ввода высокочастотного сигнала. 

   

   Многие интегральные микросхемы имеют встроенные защитные диоды.  Как правило, эти диоды не рассчитаны на большие значения тока и имеют недостаточное быстродействие. Например, встроенные защитные диоды микроконтроллеров AVR выдерживают ток всего лишь в единицы миллиампер. 

   Перед тем как принять решение, требуется ли дополнительная схема защиты или можно ограничиться встроенной,  внимательно изучите спецификацию на микросхему. Хотя данных на диоды  или выдерживаемое напряжение разряда в спецификации может и не быть. 

   Схема на диодах будет ограничивать входное напряжение в пределах от – Vd до Vcc + Vd, где Vd – падение напряжения на диоде в прямом направлении. Ток разряда будет проходить или через верхний или через нижний диод, и «поглощаться» фильтрующими конденсаторами,  источником питания и самими диодами. Иногда для дополнительной защиты между плюсом питания и «землей» подключают стабилитрон или TVS диод (D3 на схеме). 

   Если вход микросхемы используется для ввода высокочастотного сигнала, следует принимать во внимание тот факт, что  диоды вносят дополнительную паразитную емкость. Величину паразитной емкости можно  найти в спецификации на элемент.

 

   Для защиты входов микросхем производители полупроводниковых компонентов выпускают специальные диодные сборки, в которых содержится сразу несколько диодов.

   
   Традиционно стабилитрон применяется для получения стабилизированного (опорного) напряжения, но его также можно использовать для защиты входов интегральных микросхем от ESD, подключив между выводом микросхемы и «нулем» питания. Такая схема будет ограничивать  напряжение на входе микросхемы в пределах от –Vd до Vs, где Vd – падение напряжения на стабилитроне в прямом направлении, а Vs – номинальное напряжение стабилизации. 

  Чтобы стабилитрон не оказывал влияние на работу схемы в штатном режиме, номинальное напряжение стабилизации  должно быть выше напряжения входного сигнала. 

   Стабилитроны имеют большую емкость (десятки пФ) и поэтому плохо подходят для защиты высокоскоростных линий.  

 

   TVS (transient voltage supressor)  диод – это полупроводниковый компонент, предназначенный   для ограничения выбросов напряжений, амплитуда которых превосходит напряжение лавинного пробоя диода.

   В нормальных условиях TVS диод находится в высокоимпедансном состоянии. Когда напряжение на диоде превышает рабочее, импеданс диода понижается, и ток разряда начинает течь через него. При понижении напряжения на TVS диоде он снова возвращается в высокоимпедансное состояние. 

   Вольтамперная характеристика TVS диода аналогична характеристике стабилитрона, поэтому их иногда путают друг с другом. На самом деле это разные приборы. TVS диоды были разработаны специально для защиты цепей от импульсов перенапряжения, в то время как стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения и не рассчитаны выдерживать значительные импульсы  тока . 

  TVS диоды имеют высокое быстродействие, низкое рабочее напряжение и маленькую емкость, что делает их идеальными компонентами для защиты полупроводниковых компонентов от электростатического разряда.

   

   Еще один вариант защиты входов/выходов интегральных микросхем от электростатического разряда — это использование буферных микросхем. Например, изображенный на схеме двунаправленный буфер 74ACTh345 согласно своей спецификации способен выдерживать электростатические разряды от 200 до 2000 вольт в зависимости от используемой модели разряда. 

chipenable.ru

Защита микроконтроллера от внешних наводок_2.

Ну вот, в прошлой статье обсуждалась тема, как защитить пины МК, когда к ним подключена, какая нибудь периферия на большом расстоянии. В нашем случае считыватель Wiegand 26 на длинну 300м. Комментариев было сотни, но из них мне показался дельным товарища podkassetnik . Он в комментариях привел две схемы с опторазвязкой. На основе которых я пытался сделать что нибудь в моем случае. Кстати вот примерно стандартная схема подключения считывателя Wiegang к контроллеру. «Примерно» потому что на самом деле в промышленных контроллерах доступа применяются защитные диоды и пр.



Но меня как бы такая схема не особо устраивает. Вот и решил в своем самопальном контроллере доступа сфорганить, что то поприличнее. Сперва в голову пришла такая схема:



Но эта схема умерла, не успев родится. Ибо считыватель в данной схеме не прокачает светодиод оптрона, но даже если и сделать так чтоб прокачал(а сделать так можно), то оптрон будет всегда открыт, все 24 часа в сутки. При этом никакой полезной работы производится не будет. Мне эта идея не особо нравится, ибо есть же деградация и старение оптронов. Правда я нигде не нашел информацию о том, как быстро это происходит. Была идея вставить полевик перед оптроном. Высокое сопротивление затвора, можно сделать инверсию сигнала, чтоб оптрон открывался только тогда когда идет считывание инфо. Эта идея тоже умерла под натиском мысли, что у затвора есть емкость, которая может съесть (а может и нет, надо тест делать) фронты импульсов. Частота передачи данных где то 25000Гц (наихудший вариант). Простая идея начала как то запутываться и усложняться. Тогда уважаемый товарищ podkassetnik предложил простую идею как можно сделать:


Все ясно и понятно. Когда транзистор в считывателе откроется тогда и будет течь ток через оптрон. Схема простая и лишена избытка деталей. Возможно еще супрессоры на линии поставлю если их емкость не будет мешать сигналу. В итоге самопальный контроллер доступа будет иметь приблизительный вид:


У считывателя есть две линии данных DATA0 и DATA1. Линию DATA0 со всех считывателей можно спокуха объединить на один пин МК. Таким образом для 16 считывателей потребуется всего 17 пинов МК. Вообще то годика 3 назад я уже делал подобные самопальные контроллеры, правда на Atmega16 и только на 6 дверей и без опторазвязки МК от считывателя (которые и по сей день работают). На этот раз просто было желание улучшить надежность платы. Непонятно почему производители не делают дешевые контроллеры доступа? А делают один контроллер на две двери за 600-800 евро. Так же на плате контроллера я расположил программатор о котором писал здесь. При необходимости загрузки данных, можно подойти с ноутбуком и воткнувшись кабелем в USB залить новые данные. Ну либо через загрузчик по сети, для этого есть интерфейсы RS232. Осталось собрать и отладить на отдельной макетной плате сопряжение считывателя через оптопару с МК, потом развести плату и отдать ее на исполнение в производство. Заранее было обговорено что компьютера с управляющим софтом не будет. Данные об прохождении через считыватели будут сбрасываться на графическую панель через систему о которой писал здесь. Для этого будет использован один из интерфейсов RS232 контроллера доступа. В общем то получится всего один контроллер доступа на 16 дверей. Вместо скажем так покупных 8ми. Сам контроллер доступа будет связан по Модбасу с главным контроллером, который общается с графическими панелями. Таким образом с панели можно будет гибко управлять и самим контроллером доступа. Скажем так, что запрограммируешь то и будет. Если надо разглядеть схему по ближе, то она лежит в аттаче. Правда еще осталось куча свободных ног у МК, но что нибудь на них повешу. Это пока так черновая схема. Кстати при необходимости (если мало 16 считывателей) можно несколько таких контроллеров объединить в сеть по RS485.

we.easyelectronics.ru

Безопасное подключение устройств к микроконтроллеру

В этой статье рассматриваются важные драйверы и правильные схемы, необходимые для безопасного подключения внешних устройств к вводу/выводу MCU (микроконтроллер, англ. — Microcontroller Unit, MCU).

Введение

Как только у вас возникнет идея для проекта, очень заманчиво перейти прямо к подключению Arduino к схемам и устройствам, таким как светодиоды, реле и динамики. Однако делать это без правильной схемы может оказаться фатальным для вашего микроконтроллера.

Многие устройства ввода/вывода потребляют много тока (> 100 мА), которые большинство микроконтроллеров не могут обеспечить в безопасном режиме, а когда они пытаются обеспечить такое количество тока, они часто ломаются. Здесь нам на помощь приходят специальные схемы, которые называются «драйверы» (англ. — drivers). Драйверы — это схемы, которые могут принимать небольшой слабый сигнал от микроконтроллера, а затем использовать этот сигнал для управления каким-либо энергопотребляющим устройством.

Для правильной работы микроконтроллеров с внешними устройствами иногда требуются специальные схемы. Эти внешние устройства включают:

  • Цепи драйвера
  • Схемы защиты входа
  • Схемы защиты выхода
  • Цепи изоляции

Итак, давайте посмотрим на некоторые из этих схем и на то как они работают!

Простой светодиодный (LED) драйвер

Эта простая схема удобна для управления светодиодами с высоким энергопотреблением с помощью микроконтроллеров, где выход микроконтроллера подключен к «IN».

Пример простого светодиодного драйвера

Когда микроконтроллер выводит 0, транзистор Q1 отключается, а также светодиод D1. Когда микроконтроллер выводит 1, транзистор включается, и поэтому D1 также включается. Значение R1 зависит от выходного напряжения вашего микроконтроллера, но значения между 1KΩ ~ 10KΩ часто работают хорошо. Значение R2 зависит от размера нагрузки, которую вы питаете, и эта схема подходит для питания устройств до 1А и не более.

Простой релейный драйвер

Устройствам, которые потребляют более 1 А тока и будут включаться и выключаться раз в несколько секунд, лучше подойдут реле.

Хотя реле достаточно просты (небольшой электромагнит, который привлекает металлический рычаг для замыкания схемы), они не могут управляться непосредственно микроконтроллером.

Для обычных реле требуются токи около 60 мА ~ 100 мА, что слишком много для большинства микроконтроллеров, поэтому реле требуют схему с использованием управления транзистором (как показано выше). Однако вместо резистора, который необходимо использовать для ограничения тока, требуется обратный диод защиты (D1).

Когда микроконтроллер (подключенный к «IN»), выдает 1, тогда включается транзистор Q1. Это включает реле RL1, и в результате загорается лампа (R2). Если микроконтроллер выводит 0, то транзистор Q1 отключается, что отключает реле, и поэтому лампа выключается.

Реле очень часто встречаются в схемах, требующих переключения цепей электропитания переменного тока, и доступны для переключения 230В и 13А (подходит для тостеров, чайников, компьютеров и пылесосов).

Пример простого релейного драйвера

Кнопки

При подключении кнопки к микроконтроллеру могут иногда возникнуть простые проблемы. Первая (и самая раздражающая проблема) возникает в виде отскока, когда кнопка посылает много сигналов при нажатии и отпускании.

Кнопки обычно представляют собой кусок металла, который при контакте соприкасается с каким-то другим металлом, но когда кнопки вступают в контакт, они часто отскакивают (хотя они чаще всего крошечные). Этот отскок означает, что кнопка соединяется и отключается несколько раз, прежде чем зафиксироваться, а в итоге — результат, который ненадолго выглядит случайным. Поскольку микроконтроллеры очень быстрые, они могут поймать этот отскок и выполнять события нажатия кнопки несколько раз. Чтобы избавиться от отскока, можно использовать схему ниже. Схема, показанная здесь, представляет собой очень тривиальную схему, которая хорошо работает и проста в построении.

Защита входа: напряжение

Не все устройства ввода будут дружественными к вашему микроконтроллеру, а некоторые источники могут даже нанести ущерб. Если у вас есть источники входного сигнала, которые поступают из окружающей среды (например, датчик напряжения, датчик дождя, человеческий контакт) или источники входного сигнала, которые могут вывести напряжения, превышающие то, что может обрабатывать микроконтроллер (например, цепи индуктора), тогда вам потребуется включать некоторую защиту ввода напряжения. Схема, показанная ниже, использует 5V стабилитронов для ограничения входных напряжений, так что входное напряжение не может превышать 5 В и ниже 0 В. Резистор 100R используется для предотвращения слишком большого тока, когда диод Зенера захватывает входное напряжение.

Пример защиты ввода напряжения

Защита ввода/вывода: ток

Входы и выходы микроконтроллеров иногда могут быть защищены от слишком большого тока. Если устройство, такое как светодиод, потребляет меньше тока, чем максимальный выходной ток от микроконтроллера, тогда светодиод может быть напрямую подключен к микроконтроллеру. Тем не менее, последовательный резистор будет по-прежнему необходим, как показано ниже, а общие значения последовательных резисторов для светодиодов включают в себя 470 Ом, 1 кОм и даже 2,2 кОм. Серии резисторов также полезны для входных контактов в редких случаях, когда неисправны контакты микроконтроллеров или входное устройство испытывает всплеск выходного тока.

Пример использования резисторов для защиты тока

Преобразователи уровня

В прошлом большинство сигналов в цепи работало бы на одном и том же напряжении, и это напряжение обычно составляло 5 В. Однако с увеличением технологических возможностей современной электроники снижается напряжение на новых устройствах. Из-за этого многие схемы включают смешанные сигналы, в которых более старые части могут работать при напряжении 5 В, в то время как более новые части работают при напряжении 3,3 В.

Хотя многие радиолюбители предпочли бы использовать один уровень напряжения, правда состоит в том, что более старые 5-вольтовые части могут не работать на 3,3 В, в то время как более новые устройства 3,3 В не могут работать при более высоком напряжении 5 В. Если устройство 5V и устройство 3.3V хотят общаться, то требуется сдвиг уровня, который преобразует один сигнал напряжения в другой. Некоторые устройства с напряжением 3,3 В имеют 5 В «толерантность», что означает, что сигнал 5 В может напрямую подключаться к сигналу 3,3 В, но большинство устройств 5 В не могут переносить 3.3 В. Чтобы охватить оба варианта, приведенные ниже схемы показывают преобразование от 5 до 3,3 В и наоборот.

Примеры преобразователей уровня

Изоляция: Оптоизолятор

Иногда схема, с которой должен взаимодействовать микроконтроллер, может представлять слишком много проблем, таких как электростатический разряд (ESD), широкие колебания напряжения и непредсказуемость. В таких ситуациях мы можем использовать устройство, называемое оптоизолятором, которое позволяет двум цепям общаться, не будучи физически соединенными друг с другом с помощью проводов.

Оптоизоляторы взаимодействуют с использованием света, когда одна цепь излучает свет, который затем обнаруживается другой схемой. Это означает, что оптоизоляторы не используются для аналоговой связи (например, уровни напряжения), но вместо этого для цифровой связи, где выход включен или выключен. Оптоизоляторы могут использоваться как для входов, так и для выходов на микроконтроллеры, где входы или выходы могут быть потенциально опасны для микроконтроллера. Интересно, что оптоизоляторы также могут использоваться для смещения уровня!

Пример использования optoisolation для защиты вашего микроконтроллера

arduinoplus.ru

10 советов по использованию микроконтроллеров AVR в системах с двигателями / Хабр

Среди людей, увлекающихся электроникой, одним из самых популярных этюдов является изготовление гусеничного робота. Этой теме посвящена масса статей, в том числе и на Хабре. Обилие руководств, схем и статей привело меня к мысли, что это будет не так уж трудно, и мне тоже захотелось самому изготовить такую прекрасную самоделку. Можно сказать, что мне не повезло — в процессе работы я столкнулся с массой проблем, связанных с наличием двигателей. В конце концов все эти проблемы мне удалось решить, но это заняло очень много времени. В данной статье я предлагаю несколько советов по проектированию схем, содержащих двигатели, на базе микроконтроллеров AVR. В практической полезности всех этих советов мне пришлось убедиться на собственном опыте. Многие советы, как мне кажется, подойдут и для других микроконтроллеров.

Скажу сразу, что когда я приступил к этому проекту, мой опыт в электронике был минимален. Arduino к тому моменту у меня была уже довольно давно, так что я купил гусеницы и двойные редукторы Tamiya, микросхему L293NE (драйвер двигателей) и за пару вечеров смастерил шильдик для Arduino c которым этот «робот» бодро бегал по комнате (правда совершенно бестолково).

Но мне хотелось большего. Раздражала необходимость таскать за собой отдельную батарейку «Крона» для питания Arduino. Да и сам факт использования Arduino (прошу прощения у его поклонников!) оставлял неприятное чувство — все равно, что собрать машинку из конструктора (зато из Arduino получается вполне удобный программатор для AVR — им я и пользовался).

У меня была Atmega8, модуль Bluetooth, ультразвуковой датчик расстояния, трехосный акселерометр, микросхемы L293NE и 74HC595 и целое множество резисторов, конденсаторов и светодиодов всех сортов и расцветок, а также фоторезистор, потенциометр и электромагнитный генератор звука. Я поставил себе задачу питать двигатели и логическую часть от одного источника — четырех аккумуляторов формата AA 1.2V. Я видел радиоуправляемые танки, питающиеся от такого источника, так что у меня не было сомнений, что это возможно.

Я нарисовал схему напечатал плату и собрал ее. Написал тестовую прошивку, убедился в том, что лампочки мигают, Bluetooth подключается, пищалка пищит — и решил дать тестовый пуск двигателей. И погрузился в захатывающий мир работы с AVR в сильношумящем окружении.

Коллекторные двигатели ведут себя неприлично. Они шумят в широком диапазоне частот, а ток пуска и заклинивания в разы превышает номинальный ток при оптимальной нагрузке. В работе моей системы это выразилось в двух проявлениях:

  • Cпонтанная перезагрузка МК при включении двигателей. Она проявлялась чаще при включении двух двигателей одновременно, и особенно при использовании ШИМ. Просадку напряжения было видно невооруженным глазом по уменьшению яркости диодов;
  • Сбои в работе МК. Зависание, пропуск кусков программы, спонтанное увеличение или уменьшение тактовой частоты.

Устранение этих проблем заняло у меня полтора года (не непрерывной работы конечно!). В итоге все заработало, правда всю систему пришлось переделать заново.

Все собранные ниже соображения наверняка в том или ином виде присутствуют в Интернете. Моей основной целью было собрать все советы воедино: если бы такая статья попалась бы мне на глаза раньше, это сэкономило бы мне много времени, денег и душевного спокойствия.

Итак, советы.

  1. Делайте развязку питания

    В момент пуска двигатели потребляют гораздо больше тока, чем в нормальном режиме. Например, для двигателей, которые использую я, пусковой ток составляет 1А. Это приводит к тому, что в при запуске происходит мгновенная просадка напряжения, часто достаточная для перезагрузки микроконтроллера. Чтобы побороть эту просадку необходимо осуществить развязку питания диодом Шоттки и большим конденсатором.


    Линия Vcc питает всю логическую часть схемы, а силовая часть драйвера двигателя запитана от батарейки непосредственно (самая верхняя линия на рисунке). Когда напряжение питания падает, диод закрывается, и ток от конденсаторов идет только на линию Vcc, что нам и требуется. Емкость конденсатора должна быть достаточной, чтобы поддерживать питание логики на время просадки. Мне хватило двух конденсаторов по 4,7мФ. Последовательно включенная индуктивность превращает всю конструкцию в LC-фильтр.
  2. Разделяйте землю на аналоговою и цифровую части

    На предыдущем рисунке видно, что земля разделяется на две ветки, AGND и DGND. На схеме это неважно, но на практике это означает, что линия земли, обслуживающая цифровую часть, и земля двигателей должны пересекаться лишь в одной точке, максимально близко расположенной к «минусу» источника питания.


    Разумеется, земляные полигоны также должны быть разделены (штрих-пунктир на рисунке).
  3. Убедитесь в целости механических частей

    Этого совета в Интернете я не встречал, но в моем случае он оказался одним из решающих. На одном из моих двигателей треснула пластиковая шестерня на валу. Это практически не сказалось на работоспособности двигателя с редуктором, поэтому заметил это я только на осциллографе. В момент попадания шестерни редуктора в трещину происходило небольшое подклинивание, что приводило в мгновенному возрастанию потребляемого тока и появлению помехи на частоте вращения двигателя.
  4. Заземлите кварцевый резонатор

    Цепь внешнего тактирования Atmega XTAL1/XTAL2 служит отличным путем для наводок. Поэтому если в вашем проекте вы используете кварцевый резонатор, велика вероятность, что в сильно шумящем окружении контроллер начнёт сходить с ума. В моем случае это выразилось в зависании, пропуске кусков программы или внезапном изменении частоты работы в большую или меньшую сторону. Чтобы победить эту проблему, мне хватило совета из п. 2., однако если и это не помогло, попробуйте заземлить кварц, припаяв на его корпус провод, идущий к цифровой земле. Будьте осторожны — кварцевый резонатор легко вывести из строя перегревом.
  5. Экранируйте кварцевый резонатор

    Обычно я делаю цельноземляную заливку на плате, но если это вам не по душе, сделайте по крайней мере небльшой земляной полигон вокруг кварца и балластных конденсаторов, как сказано в рекомендациях Atmel. Как и в предыдущем пункте, это поможет защитить линию тактирования от помех. Это же относится к случаю, если какая-либо аналоговая линия проходит параллельно логической — имеет смысл разделить их земляным полигоном.
  6. Используйте внутренний осцилятор

    Многие контроллеры AVR оснащены внутренним осциллятором. Он не такой точный, как кварцевый резонатор, а также (например, в случае моей Atmega8) зачастую не дает максимальную для контроллера тактовую частоту. Но если совсем ничего не выходит — можно попробовать использовать его. Первая неудачная модель моего робота стабильно работала только с внутренним осциллятором.
  7. Электроника — наука о плохих контактах

    Трижды проверьте все контакты на предмет плохой пропайки. Избегайте перемычек на линии питания логики.

    Контакты бывают и хорошие, но не там, где нужно. У меня был случай, когда робот прекрасно работал, но моментально перезагружался при попытке послать что-либо через Bluetooth. Оказалось, что Reset был закорочен на линию серийного порта капелькой припоя.
  8. Следуйте рекомендациям производителей

    Почти все даташиты предлагают рекомендации по обвесу. Atmel выпускает даже отдельный документ — AVR Hardware Design Considerations.

    Например, Atmega8 должна быть оснащена четырьмя конденсаторами (Reset, Vcc, ARef, AVCC), располагающимися как можно ближе к соответствующим выводам. Reset должен быть подтянут к питанию через резистор в 10KОм, основное питание (Vcc) оснащается своим отдельным LC-фильтром. Кварц и балластные конденсаторы должны располагаться как можно ближе к МК. Вообще любая микросхема должна иметь собственный отдельный конденсатор, развязывающий питание.
  9. Поставьте конденсаторы параллельно контактам двигателей

    Конденсаторы (100нФ) следует припаять непосредственно к контактам двигателей. Собственно, это мне было известно с самого начала, и этот совет здесь просто для полноты картины.
  10. Понизьте уровень Brown-out

    Brown-out — означает падение уровня напряжения. Микроконтроллеры оснащены детектором такой просадки. При ее возникновении микроконтроллер отключается. Однако уровень, при котором происходит отключение, можно регулировать. Например у Atmega8 существует три опции: детектирование отключено, срабатывание при уровне 2.7V, срабатывание при уровне 4.0V. Отключать Brown-out detection полностью я не советую, но понижение уровня срабатывания может помочь. Когда я понизил уровень до 2.7V система стала работать значительно стабильнее.

Вот и все. Чтобы не быть голословным, в заключение приведу видео, демонстрирующее моего робота в действии. Надеюсь, что моя статья кому-нибудь окажется полезной и благодарю за внимание!

Ссылки

  1. Техника разводки печатных плат
  2. AVR Hardware Design Considerations
  3. Подключение Atmel AVR: стабилизация работы микроконтроллера

Хочу поблагодарить своих друзей, без помощи и советов которых я бы давно сдался, а эта статья никогда бы не была написана.

habr.com

Неизвестный автор. Защита входов микроконтроллера (ИС)

Неизвестный автор. Защита входов микроконтроллера (ИС)

Доступные файлы (1):

n1.doc

Рис. 1

Все (ну, почти все) знают, что нехорошо оставлять «висящими» входы CMOS — микросхем. Неподключенные входы не только генерируют шум от хаотичного переключения но служат причиной потребления большого тока и служат причиной «защелкивания» ИС. Для устранения такой ситуации достаточно между таким входом и цепью земли или питания включить резистор сопротивлением 100К — 1М. На схемах слева это резистор R1.

Ограничитель тока. Imax=1mA

Следующей ступенью защиты является включение последовательно со входом токоограничивающего резистора R2 (Рис.1). Он работает совместно со встроенными в CMOS-элемент защитными диодами. Если ток через диоды не превышает 1-2 мА, то все хорошо. В ответственных применениях резистор R2 заменяется двусторонним ограничителем тока на специальных depletion-mode транзисторах Supertex. Диапазон входного напряжения такого ограничителя достигает 500 вольт в обоих направлениях.

Рис. 2

Если помеха слишком сильна, надо защищать сами диоды. С этой целью параллельно внутренним кремниевым подключают внешние диоды Шоттки V1 и V2 (Рис.2). Так как падение напряжения у них меньше, внутренние диоды отключены. Это уже достаточно бронебойная схема. Для защиты аналоговых цепей применяют диоды BAS116, BAV170, BAV199, BAW156 с низким током утечки.

Рис. 3

Но нет предела совершенству. Еще можно добавить емкость C1 (Рис.3), которая вместе с R2 образует ФНЧ и повышает устойчивость к кратковременным импульсам. Если защищается логический вход, то необходимо применять логику со входным гистерезисом типа 7414, потому что обычная логика не любит заваленных фронтов на входе.

Рис. 4

Если добавочно защитить вход с помощью дросселя и TVS, то теоретически (при правильном выборе номиналов) ваше устройство сможет выдержать прямое попадание молнии. Cхема окончательно защищенного входа как никогда близка к совершенству. За которым паранойя и распад личности.

Рис. 5 — Ограничители напряжения.

Еще один способ состоит в ограничении входного напряжения на выводе ИС, при условии, что это не вносит искажений в обрабатываемый сигнал. ADI и Maxim выпускают интегральные ограничители, основанные на схеме последовательного включения MOSFET-транзисторов, показанного на схеме 5. Такие схемы обладают небольшой утечкой и очень хорошими защитными свойствами при обработке аналоговых сигналов.
http://caxapa.ru/sch/protect_logic.html

perviydoc.ru

Защита питания микроконтроллера от помех

Подробности
Категория: Микроконтроллеры
Опубликовано 11.06.2016 13:53
Автор: Admin
Просмотров: 1371

Для повышение стабильности и устойчивость работы микроконтроллера необходимо чтобы его питание осуществлялось без каких либо помех. Помехи микроконтроллера по питанию должны быть минимальными поэтому их необходимо отфильтровать. Для этих целей используют LC-фильтры, RC — фильтры, редко используются транзисторные фильтры.

Причины помех могут быть разные, если причину той или иной помехи нельзя устранить то устанавливают фильтры. Преимущества и недостатки того или иного технического решения можно узнать только применив ее на практике, либо смоделировать конкретный случай условий работы на компьютере. Если к микроконтроллеру присоединены импульсные узлы или блоки, то они могу быть источниками различного рода помех. Таким образом следующая функция фильтров это уменьшение не только «входящие» помехи но и «исходящие».

Схемы фильтров помех по питанию

  • a) после стабилизатора устанавливаются два конденсатора, один электролитический C1 с большей емкостью с целью устранения помех низкой частоты и второй с маленькой емкостью для устранения высокочастотных помех;
  • б) по аналогии с предыдущей схемой устанавливается конденсатор С1 большой емкости, на выходе добавляется LC — фильтр, в результате чего форма пульсации на выходе получаются «округлые»;
  • в) в данной схеме мы имеем 3 конденсатора с разной емкостью, каждый работает в своей частоте. Место установки конденсаторов на печатной плате подбирается экспериментально исходя их минимальных амплитуд пульсации;
  • г) схема аналогична схеме на рисунке б, но с разделением на два канала с LC фильтром, каждый из которых может питать часть схемы;
  • д) для уменьшения сетевых пульсаций а также уровня шума применяют метод фазовой компенсации. В транзисторе происходит усиление переменной составляющей пульсации, ее инверсия и компенсация в точке где соединяются резисторы R2,R4;
  • e) тоже самое только на составном транзисторе VT1,VT2 применяется для значительных токов нагрузки;
  • ж) фильтр сделанный по схеме эмиттерного повторителя VT1, ставится после диодного моста (выпрямителя) с целью снижения пульсаций сети;
  • з) для уменьшения синфазных помех применяют трансформатор T1. Для снижения уровня противофазных помех можно поменять схему включения одной из обмотки на противоположную;
  • и) применяется для сети автомобиля, трансформатор T1,правильнее будет сказать двойной дроссель, отделяет «электрическую массу автомобиля» от общего провода устройства;
  • к) данная схема представляет собой комплексную фильтрацию и защиту при работу в условиях значительных помех в промышленности. Сопротивление RJ ограничивает ток сквозь сапрессор VD1 при пиках напряжения. На стабилитроне VD2 собран ограничитель выходного напряжения на уровень 5,6 В;
  • л) разветвленная или многоступенчатая схема уменьшения высокочастотных помех. Снижаются помехи сети 220 В как излучаемые так и принимаемые;
  • м) схема также предназначена для снижения помех сети 220 В. Такая связка трансформаторов образует LC-фильтр.
  • < Назад
  • Вперёд >
Добавить комментарий

www.radio-magic.ru