ESD Überspannungsschutz
Prinzip des Eingangsschutzes von IC's
Clampdioden als Schutzmaßnahme gegen Überspannung werden in vielen Fällen schon vom Hersteller in die Schaltkreise integriert.
Es gibt aber auch Halbleiterbauelemente die darauf verzichten müssen z.B. im Hochfrequenzbereich.
Mit den Clampdioden werden zu hohe Spannungen an einem Eingangspin abgeleitet.
Aber sie können keine größeren Ströme ableiten.
Auch im P8X32 Propeller von Parallax sind alle IO-Pins durch eine solche Schaltung geschützt.
Erklärung der Funktion an einem Beispiel:
Der hier dargestellte IC arbeitet mit 5V und seine Eingänge vertragen -0,7 bis +5,7 Volt
Ex = 0V –> keine Diode ist durchgesteuert.
Ex = 5V –> keine Diode ist durchgesteuert.
Ex > 5,7V –> Die Anodenspannung an der linken oberen Diode ist größer als Ub(5V) und größer als die Schwellenspannung der Schutzdiode deshalb wird sie leitend und leitet die positive Spannung gegen Ub ab.
Ex < 0,7V –> Die Kathodenspannung an der linken unteren Diode ist kleiner als (0V) und größer als die Schwellenspannung der Schutzdiode deshalb wird sie leitend und leitet die negative Spannung gegen 0V ab.
Das ist fatal da jetzt der gesamte Strom den Ex bis zum Zusammenbruch auf 5,7V zur Verfügungstellt über die Clampdiode abgeleitet wird.
Das führt in den meisten Fällen zur Zerstörung bzw. zur Veränderung der Elektrischen Eigenschaften des ICs.
Um das zu vermeiden werden oft Widerstände zur Strombegrenzung eingebaut.
Als Faustregel gilt Imax 2mA, der Rest sollt als Schutz übriglassen werden.
Berechnungsbeispiel Propeller(3,3V) an TTL Pegel(5V)
Extern 5V –[ R ]– IC-Eingang 3,3V
R = (5V-3,3V)/0,002A = 850 Ohm (Mindestwert)
Daher setzt man einen Widerstand von ca. 1kOhm ein.
