ESD-Schutz und Filterschaltung für ATmega

[J. D. (jch)]

Hallo,
ja ich habe die SuFu benutzt.

Ich bin Anfänger und möchte mein Projekt num vom Steckbrett auf eine 
geätzte Platine umziehen lassen.

Es geht z.Z. um das Platinenlayout in EAGLE.

Als Vorlage diente mir der Schaltplan vom Pollin-Evaluation-Board und da 
sind sämtliche Ein- und Ausgänge ungeschützt. Genauso wie ich es 
momentan auf meinem Steckbrett aufgebaut habe.

Nun soll das vernünftig gemacht werden, sodass später nichts passieren 
kann.

Meine Steuerung wird in einer Garage befestigt und die Angeschlossenen 
Komponenten (Pumpe, Photodiode, Beleuchtungs-LEDs, Externe Taster) 
werden über ca 4m lange Leitungen angeschlossen.

Ich habe zum testen des ADC's ein Poti auf dem Steckbrett und messe 
relativ genau und ohne Schwankungen meine eingestellten Spannungen. (mit 
kurzen Leitungen ist das anscheinend kein Problem)

Das ist aber nur ein Test.
Die eigentliche Funktion des Analogeingangs ist, den Pumpenstrom zu 
messen. Dazu dient ein 0,1 Ohm Shunt-Widerstand gegen Masse. Wenn ich 
nun die Pumpe aktiviere, dann messe ich mit dem DMM (10MOhm 
Eingangswiderstand) saubere 90mV Spannungsabfall.

Mit dem ATmega messe ich zwischen 83 und 103mV bei Vref von 5V und 10 
Bit auflösung. Also es schwankt "ziemlich stark". Sprich ca 5 Messwerte 
(4,88mV pro Messwert).

Die Pumpe war im Versuch nur mit 2,5m Leitung angeschlossen.

Zum Thema ESD habe ich schon viel gelesen, aber keine konkreten 
Schaltungen mit Dioden- bzw Kondensatorenbezeichnungen gefunden, die für 
meine Situation passen.

1.
Kann es sein, dass meine Pumpenleitung als Antenne wirkt und somit 
meinen Analogeingang stört?

2.
Wie muss ich meine nach außen geführten Ein- und Ausgänge beschalten, 
damit ich einen sinnvollen Schutz habe? Bitte mit genauen Bezeichnungen 
und Werten.

MfG

Jch

[W.A. (Gast)]

J. D. schrieb:
> Also es schwankt "ziemlich stark".

Dagegen hilft ein Tiefpassfilter.

Bei so kleinen Signalen könnte man auch noch einen Verstärker spendieren 
oder zumindest eine kleinere Referenzspannung verwenden.

[Marc S. (marc_s86)]

ich würde direkt an den shunt einen op-amp setzen, der dir das 
messsignal auf 0-5V wandelt

[J. D. (jch)]

Die Referenzspannung werde ich noch auf die Internen 2,56V 
heruntersetzen, dann habe ich schonmal den doppelten ADC Wert.

Ich will ja auch keine Präzessionsmessung dirchführen. Ich brauche nur 2 
Schwellwerte.
Mehr Strom heisst trockenlaufen der Pumpe und weniger Stom heisst Pumpe 
verstopft.

Wegen dem Tiefpass:
Geht eine RC Kombination in Verbindung mit dem ESD Schutz?

An einen OPV habe ich jetzt nicht gedacht, da ich die Schaltung klein 
halten will.


3. Frage. Darf ich auf den Analogeingang 5V geben, wenn die 
Referenzspannung nur 2,56V beträgt??

Werte oberhalb von 2 V interessieren mich nicht, aber diese werden 
auftreten. Bis ca. 4,3V.
Kann etwas kaputt gehen oder messe ich nur ab 2,56V als ADC Wert 1023? 
Das wäre akzeptabel.



EDIT:
Ich habe gerade meinen Pumpenstrom Oszilligraphiert.
Ich habe Pulse zwischen 130 und 300Hz.
Wenn ich den RC Filter mit 100k und 30nF auf 53Hz abstimme, klingt das 
gut?
Oder ist dieser zu Hoch- bzw Niederohmig?
Ich habe leider keinerlei Erfahrungswerte.

[J. D. (jch)]

Ich kann den obrigen Beitrag leider nicht mehr bearbeiten.

Ich habe jetzt mehrere RC Filter getestet und keiner war 
zufriedenstellend. Ich habe zwischen 60 und 20Hz Grenzfrequenz 
rumgespielt. Sowohl niederohmig (56Ohm) als auch hochohmig (120k) war 
nicht zufriedenstellend.

Außer 120k und 100uF. Das ergibt ca 13mHz. Das kann nicht sein, weil es 
ewig dauert bis der C aufgeladen ist.
Kann es sein, dass ein Filter 1. Ordnung dazu nicht geeignet ist?

[J. D. (jch)]

Ich habe mich nun für einen 0,3Hz TP entschieden und starte die erste 
Strommessung erst nach 30s.

Somit bleiben die Fragen 2 und 3 noch offen.

J. D. schrieb:
> 3. Frage. Darf ich auf den Analogeingang 5V geben, wenn die
> Referenzspannung nur 2,56V beträgt??

J. D. schrieb:
> 2.
> Wie muss ich meine nach außen geführten Ein- und Ausgänge beschalten,
> damit ich einen sinnvollen Schutz habe? Bitte mit genauen Bezeichnungen
> und Werten.

[Patrick B. (p51d)]

J. D. schrieb:
> J. D. schrieb:
>> 2.
>> Wie muss ich meine nach außen geführten Ein- und Ausgänge beschalten,
>> damit ich einen sinnvollen Schutz habe? Bitte mit genauen Bezeichnungen
>> und Werten.

Mhm, das kommt ganz auf deine Definition von "sinnvoll" an. Respektive 
was du für Störungen erwartest.
Ganz einfach ist z.B. eine PESD5V0 oder PESD3V3 einzusetzten. Weiter 
könnte eine Sicherung à la MF-USMF075-2 hilfreich sein (für Ausgänge). 
Wie gesagt, kommt ganz auf deine Anwendung an, und welchen Schutz du 
spendieren willst (ob Blitzeinschlag auch berücksichtig werden soll oder 
ähnliches). Da kann der Schutz schnell sehr umfrangreich und komplex 
werden. Eventuell sind galvansiche Trennungen auch hilfreich.

Mach dich doch mal über die Themen schlau: Surge, Bust, Common-Mode 
Noise, Differential Mode Noise, kapazitive und induktive Einkopplung, 
Erdschleifen...

[J. D. (jch)]

Hmm. Was ich für Störungen erwarte?

Ein Taster wird im Wintergarten verbaut. Der dort verlegte Boden ist 
perfekt für Elektrostatische Aufladung. Sprich, ein ESD am Taster ist 
warscheinlich. Dazu kommen dann noch 10m Leitung zum uC.

Die anderen Taster sind im gleichen Gehäuse wie der uC. Dort ist nackter 
Betonboden (Garage) bei diesen Tastern VERMUTE ich keine Gefahr.

Die nach außen geführten Anschlüsse (über 4m Leitung) für die Pumpe/ 
Wasserbeleuchtung und deren Spannungsversorgung (12v Notstromakku) kann 
ich nicht abschätzen. Ich muss eben jeden Frühling und Herbst die Pumpe 
und den Akku ausbauen, da ich keine Frostsichere Tiefe habe.

Wie gesagt, in dem Bereich bin ich Anfänger und habe keinerlei 
Erfahrungswerte.

Die von Dir genannten Bauteile sind mir neu und ich habe BISHER an 2 
Dioden und eine RC Kombination gedacht. Leider kenne ich nicht die 
spezifischen Vor- und Nachteile.

Oder kennt jemand ein paar Links (welche ich vergeblich gesucht habe) wo 
verschiedene Methoden erklärt und gegenübergestellt werden.

Grüße

[J. D. (jch)]

Ich habe mal einen Eingang und einen Ausgang gezeichnet mit einer 
Suppressor-Diode zur Vereinfachung.

Ich hätte nun an das Array ESDA5V3SC6 gedacht.
Kann das gut gehen? Diese bricht ja im besten Fall schon bei 5,3V durch.

Mir ist noch eingefallen, dass die Pumpe im Wasser liegt. Bei 
eventuellem Gewitter könnte die Beschaltung ja besser sein als nichts 
oder? Also einen Einschlag innerhalb von ein paar Metern kann ich 
ausschließen.

Der Kondensator beim Eingang dient zum entprellen des Tasters. Ansonsten 
hätte ich auf eine weitere Beschaltung verzichtet.

Bei den Analogeingängen würde ich auch die Suppressordioden so einbauen, 
da die bei meinen Spannungen (<130mV) so gut wie keinen Irm fließen 
lassen.


Ist das so halbwegs sinnvoll?