ESD Open-Collector Ausgang: Mikrocontrollerpin oder diskreter MOSFET?

[Hannes W. (7nrn3ap3)]

Hallo,

beim meinem aktuellen Projekt habe ich einen Open-Collector-Ausgang, den 
ich vor ESD schützen möchte (muss?). Die nominale Spannung am Ausgang 
ist 3.3V und ein Strom von ~30uA muss fließen. Das Signal ist nur ein 
Schaltsignal und daher recht langsam; im Bereich von >=100ms.

Ich habe mal eine Prinzipschaltung angehangen, so wie ich mir das jetzt 
vorstelle. C3 absorbiert den ESD-Puls und R9 zusammen mit D3 fängt 
Überspannungen ab.

Jetzt zu meiner Frage: ist es von Vorteil einen diskreten MOSFET an den 
Open-Collector-Ausgang zu hängen? Wie empfindlich ist die D-S- bzw 
D-G-Strecke bei Kleinsignalmosfets, wie z.B. einem BSS-138? Oder muss 
man diesen auch vor ESD schützen?

Viele Grüße,
Hannes

[Sven L. (svenl)]

Üblicherweise beträgt die Vds bei Kleinsignal-FETs um die 20 V. Vgs darf 
sogar oftmals nur 12 V betragen, weshalb man hier ggf. zusätzliche 
Maßnahmen ergreifen sollte.

Einen µC-Pin würde ich nicht direkt nach außen legen und mit einem 
selbstsperrenden (enhancement mode) N-Kanal-Fet gegen einen 
Pull-Up-Widerstand schalten.

Ich nehme für sowas immer BS170/MMBF170, da dieser eine Vds von bis zu 
60 V hat.

Für einen OpenCollector-Ausgang wird der 33k Widerstand zu hochohmig 
sein, um an der Gegenstelle den Eingang gegen den womöglich kleineren 
Pull-Up-Widerstand auf GND zu ziehen. Ich würde hier 1k vorschlagen 
(vielleicht sogar weniger), denn dieser Widerstand formt mit dem C nicht 
nur einen Tiefpass, sondern begrenzt hauptsächlich den Strom durch die 
Schutzdioden.

Dimensioniere den Widerstand so, dass die höchste zu erwartende Spannung 
nicht die Schutzdioden beschädigt/überlastet. Die Eingangsspannung 
bekommst Du mit einer TVS-Diode parallel zum Kondensator in den Griff, 
sodass dahinter nur noch Spannungen kleiner der Ansprechspannung 
anstehen. - Achte bitte darauf, dass die gesamte Schutzbeschaltung nahe 
der Anschlussbuchse platziert ist!

Viele Grüße!

Sven

[Hannes W. (7nrn3ap3)]

Sven L. schrieb:
> Üblicherweise beträgt die Vds bei Kleinsignal-FETs um die 20 V. Vgs darf
> sogar oftmals nur 12 V betragen, weshalb man hier ggf. zusätzliche
> Maßnahmen ergreifen sollte.
Naja, das Gate is ja rein intern im Gerät. da passiert ja nichts, wenn 
das mit 3.3V von einem Mikrocontrollerpin geschalten wird.

Sven L. schrieb:
> Ich nehme für sowas immer BS170/MMBF170, da dieser eine Vds von bis zu
> 60 V hat.
Ok, also ist die Vds hier maßgeblich.

Sven L. schrieb:
> Für einen OpenCollector-Ausgang wird der 33k Widerstand zu hochohmig
> sein,
Nein, das passt schon. Ich kenne das Gerät, was da angeschlossen werden 
soll. Der Quellwiderstand liegt bei ~50kΩ. 22k oder 10k wären wohl 
sicherer, aber 1k ist mir zu wenig -- so viel Strom muss da nicht durch.

Sven L. schrieb:
> Die Eingangsspannung
> bekommst Du mit einer TVS-Diode parallel zum Kondensator in den Griff,
> sodass dahinter nur noch Spannungen kleiner der Ansprechspannung
> anstehen.
Du meinst bspw. sowas [0]? (Ich habe 2 OC-Ausgänge.)

Sven L. schrieb:
> Achte bitte darauf, dass die gesamte Schutzbeschaltung nahe
> der Anschlussbuchse platziert ist!
Ich habe nur 20x20mm Platz für die Platine, also wird das zwangsläufig 
nahe dran sein ;)

Gruß,
Hannes


[0] http://www.mouser.com/ds/2/115/DESD1CAN2SOQ-520151.pdf