分享好友 电磁兼容首页 电磁兼容分类 切换频道

对高阻抗缓冲放大器的输入实现ESD保护

2010-04-202130电子设计技术
二极管和保护装置抑制瞬时高压静电放电

在某些测量应用中,如pH值(酸度)和生物电势需要高阻抗缓冲放大器。虽然有几个半导体制造商提供具有低偏置和输入偏置电流特点的放大器芯片,配上传感器电缆可能会因为ESD(静电放电)对放大电路造成损害。图1显示一种不令人满意的方法实现ESD保护。电阻R1抑制ESD的放电电流,而二极管D1A 和D1B钳住放大器IC1的输入到供电电源轨。不幸的是,当并联pH值传感器的为400MΩ输入阻抗时,即使采用低漏电流二极管,如Fairchild公司的MMBD-1503A,仍引入很大的偏置电压。

 

图2中的电路提供另一个方法。Analog Devices公司的低输入偏置,低偏置电流的AD8603放大器IC1,作为单位增益输入缓冲器。对于任何正常输入,电路的输出电压VOUT 等于其输入电压VIN。因此,电压经过ESD保护二极管D1A 和D1B接近0V,二极管漏电流均不影响传感器输出信号。依靠ESD适用电路输入连接器的极性,其高电压放电通过二极管D1A 或D1B进入供电正向或负向电源。电容C1充当中间“电荷存储器”,放慢ESD的上升速率,保护IC1的输出过程,从锁存到二极管D1A 或D1B开始分离ESD瞬流到正向或负向电源。实际上,C1补偿D1的寄生电容。电阻R3允许IC1来驱动电容负载,使C1不会进入振荡状态。

 

在ESD事件中,D1和D2可以进行传导,但通过两个前置偏移二极管压降,VIN端的电压超出供电电源电压。电阻R1和R2限制放大器输入电流在制造商建议的最大5mA之下。

封装电路时,需要特别注意电路板的布局。电路板介电性能的缺陷会给寄生漏电流提供路径。在电路板的两面敷铜形成保护环,可以在电路高阻抗节点周围转移漏电流(图3)。

 

英文原文:

High-impedance buffer amplifier's input includes ESD protection

Diodes and guard traces suppress high-voltage static-discharge transients.

Eugene Palatnik, Waukesha, WI; Edited by Brad Thompson and Fran Granville -- EDN, 9/28/2006

Certain measurement applications, such as for pH (acidity) and bio-potentials, require a high-impedance buffer amplifier. Although several semiconductor manufacturers offer amplifier ICs featuring low bias and offset-input currents, attaching a sensor cable to an amplifier circuit can inflict damage from ESD (electrostatic discharge). Figure 1 shows one unsatisfactory approach to ESD protection. Resistor R1 limits an ESD event's discharge current, and diodes D1A and D1B clamp amplifier IC1's input to its power-supply rails. Unfortunately, when shunting a pH sensor's 400-MΩ input impedance, even low-leakage diodes, such as Fairchild Semiconductor's MMBD-1503A, introduce significant offset voltages.

The circuit in Figure 2 offers an alternative approach. An Analog Devices low-input-bias, low-offset-current AD8603 amplifier, IC1, serves as a unity-gain input buffer. For any normal input, the circuit's output voltage, VOUT, equals its input voltage, VIN. Thus, the voltage across ESD-protection diode D1A or D1B approaches 0V, and neither diode's leakage current affects the sensor's output signal. Depending on the polarity of an ESD event you apply to the circuit's input connector, its high-voltage spike discharges through diode D1A or D1B into the positive or the negative power-supply rail. Capacitor C1 acts as an intermediate "charge reservoir" that slows the ESD spike's rate of rise and protects IC1's output stage from latching until diode D2A or D2B begins diversio n of the ESD transient into the positive or the negative supply rail. In effect, C1 compensates for D1's parasitic capacitance. Resistor R3 allows IC1 to drive the capacitive load that C1 presents without going into oscillation.

During an ESD event, both D1 and D2 can conduct, but the voltage at VIN exceeds the power-supply-rail voltage by only two forward-biased diode voltage drops. Resistors R1 and R2 limit the amplifier input's currents below the manufacturer's recommended 5-mA maximum rating.

When packaging the circuit, pay special attention to the pc board's layout. Imperfections in the board's dielectric properties can provide parasitic-leakage-current paths. Adding copper traces on both sides of the board to form guard rings around the circuit's high-impedance nodes diverts leakage currents (Figure 3).

收藏 0
打赏 0
评论 0
静电放电测试标准——理解和比较差异
人体模型 (HBM) 器件级测试是 ESD 测试常用的模型。它用于表征电子元件对 ESD 损坏的敏感性。该测试模拟人体对电子元件的放电,如果人体积累了残余电荷(例如,穿着袜子拖着脚走过地毯)并触摸电子设备,就会发生这

0评论2025-03-237

电路级静电防护设计技巧与ESD防护方法
静电放电(ESD)理论研究的已经相当成熟,为了模拟分析静电事件,前人设计了很多静电放电模型。常见的静电模型有:人体模型(HBM),带电器件模型,场感应模型,场增强模型,机器模型和电容耦合模型等。芯片级一般用

3评论2021-01-28606

电路保护的意义是什么?常用的器件有哪些?
电子电路很容易在过压、过流、浪涌等情况发生的时候损坏,随着技术的发展,电子电路的产品日益多样化和复杂化,而电路保护则变得尤为重要。电路保护元件也从简单的玻璃管保险丝,变得种类更多,防护性能更优越。电路

1评论2020-10-19207

手机开发过程中 预防ESD失效的方法
现代半导体器件的规模越来越大,工作电压越来越低,导致了半导体器件对外界电磁骚扰敏感程度也大大提高。ESD对于电路引起的干扰、对元器件、电路及接口电路造成的破坏等问题越来越引起人们的重视。目前手机的功能越

0评论2018-12-25361

解析PCB板设计中抗ESD的常见防范措施
来自人体、环境甚至电子设备内部的静电对于精密的半导体芯片会造成各种损伤,例如穿透元器件内部薄的绝缘层;损毁MOSFET和CMOS元器件的栅极;CMOS器件中的触发器锁死;短路反偏的PN结;短路正向偏置的PN结;熔化有源器件

2评论2018-12-25486

如何提高隔离接口模块的ESD抗扰能力
隔离模块应用于各类复杂的工业环境中,以提升总线的抗干扰能力,但设备接口可能会采用端子与外部连接,可能会在安装、维修过程中有静电等能量输入,从而导致隔离模块损坏。那么该如何避免这样的问题呢?本文为您揭秘

0评论2018-07-02779

共享单车电子锁的防静电保护方案
全民共享,共享经济,互联网+,这些热点关键词不是说说而已。在基础公共建设比如:公路,铁路,大桥,隧道,公园已经建设完整后。我们的社会开始建设移动共享经济比如:共享自行车,共享电动自行车,共享电动汽车,共

1评论2017-08-18852