Как схема диодной фиксации защищает от перенапряжения и электростатического разряда?

Схема защищает от перенапряжения и электростатического разряда при определенных условиях. Основное предположение состоит в том, что Vd «жесткий» по сравнению с источником энергии на Vpin. Обычно это верно для Vd = источник питания, скажем, 1 А + емкость, и Vpin является типичным источником сигнала. Если Vpin является, например, автомобильным аккумулятором, все ставки могут быть сняты относительно того, сколько времени пройдет до того, как D3 будет уничтожен. .

Как показано, вход Vpin подключен к Vdd через диод D3. Либо
- вход будет ограничен падением на один диод выше Vd, потому что у источника недостаточно энергии для повышения напряжения Vd, либо
- Vd поднимется почти до Vpin - только если Vpin намного "жестче", чем Vd. Обычно нет, или
- D3 будет уничтожен как источник энергии и поглотит его.

Обычно добавляют небольшой резистор, скажем, от 1 кОм до 10 кОм между Vpin и переходом D2 D3.

Vpin теперь должен падать ~= Vpin-Vd на резисторе.

ESD: Та же схема работает так же для ESD, который является «просто» источником энергии с более высоким напряжением и меньшей энергией (вы надеетесь). Опять же, помогает последовательный входной резистор. Важными становятся такие аспекты, как время нарастания и доступная энергия и, возможно, даже время отклика диода.

Вы забываете, что эти источники напряжения "идеальны". Так что, если ваш вход 20 В напрямую от источника питания, он всегда будет 20 В.

Вставьте туда резистор, и вы увидите, как он работает.

Я использовал LTspice для моделирования схемы.

R1 — входное сопротивление для некоторого вывода микросхемы.

Я сделал развертку постоянного тока от -10 В до 10 В с шагом 1 В.

Как вы видите, когда я начинаю превышать 5,7 В, R1 видит только ~ 5,7 В.

Электростатические разряды имеют гораздо более высокое напряжение и действуют только в течение короткого времени, но это должно продемонстрировать защиту.

Когда$V_{pin} > V_{dd}+0.7$, или когда$V_{pin} < -0.7$, один из диодов начнет проводить. Избыточное напряжение (все, что выше 5,7 В или ниже -0,7 В) передается либо на землю, либо обратно в источник питания.

Тест ESD может доходить до +8 кВ или до -8 кВ. Когда происходит разряд +8 кВ, ток будет течь через D3 и пытаться нейтрализоваться. Когда происходит -8 кВ, ток будет течь через D2.

В реальном мире источники питания VDD и VSS находятся очень далеко. Когда происходит электростатический разряд, пик выскочит из трассы VDD (или VSS) и будет мешать другим компонентам.

Чтобы свести к минимуму эту нежелательную характеристику, всегда добавляйте заглушку между VDD и VSS; ближайшие к D2 и D3.

«Когда Vin > Vcc+0,7 или когда Vin < -0,7, один из диодов начнет проводить. Избыточное напряжение (все, что выше 5,7 или ниже -0,7) передается либо на землю, либо обратно в источник питания». Я думаю, что это объяснение от efox29 в значительной степени отвечает на ваш вопрос.

Ваша картинка несколько вводит в заблуждение. Узел Vpin, где у вас написано 20V, надеюсь, никогда не достигнет 20V. Когда напряжение Vpin начинает расти (на пути к 20 В), то, как только оно превысит напряжение Vdd (5 В + 0,7), диод D3 будет проводить и направлять большую часть тока на узел Vdd, а Vpin не будет получить любое более высокое напряжение.

Точно так же D2 будет ограничивать напряжение Vpin, чтобы оно было не меньше, чем Vss.

Работа источника питания Vdd состоит в том, чтобы поддерживать разность потенциалов между Vdd и землей на уровне 5 В. если вы попытаетесь сделать vdd больше 5 В, подав ток в узел vdd, питание шины Vdd пропустит этот дополнительный ток, который вы отправили на землю, так что VDD останется на уровне 5 В. если вы действительно потребовали, чтобы vin-узел был на 20 В (относительно земли), то у вас есть два источника, требующие разных напряжений для одного и того же узла (думаю, они называют это «конфликтом источников»). Если источник 20 В на Vin достаточно силен, чтобы он мог подавать больше тока, чем может потреблять шина VDD 5 В (и это должно быть много тока, и D3, вероятно, выйдет из строя с таким большим током), тогда узел Vdd будет должно быть 19,3 В по напряжению 20 В vin.