ADC Schutz/Filter Reihenfolge

[Tim M. (tim90)]

Hallo!,

möchte mir eine kleine Schaltung bauen, mit der ich später analog 
Sensorwerte mit einem AVR einlese. Das ganze soll im KFZ Bereich 
eingesetzt werden.
Für den Schutz des Eingangs habe ich mir dazu eine Schaltung aufgebaut.

Ich bin mir allerdings nicht sicher wo der Filter und der 
Überspannungsschutz/Verpolschutz am besten sitzen soll. Habe die zwei 
Varianten angehängt. Meiner Meinung nach müssten beide gleich 
funktionieren. Aber ist das wirklich so?

Hier ein paar Gedankengänge von mir:

- Keramikkondensator am Eingang mindert / schluckt ESD Pulse
- Dioden leiten im Falle von Überspannung / Verpolung ab
- Widerstand nach Spannungsteiler begrenzt Strom im Überspannungsfall / 
Verpolung. Theoretisch könnte man den aber auch weg lassen, da alleine 
der Spannungsteiler begrenzen würde. Zur Sicherheit lasse ich den aber 
drin.
- Der zweite Widerstand zum ADC würde mir bei einem Fehler in der SW 
(z.B. Konfiguration als Ausgang) den Ausgang selbst vor Überlastung 
schützen.

Habe gerade gesehen das die BAV199 >900mV VF hat -> ungeeignet!?
Was haltet ihr von einer BAT15-04R?

Edit: Die BAT15 hat nur einen VR von 4V / Würde ich durch eine BAT54S 
tauschen


Gruß,
Tim

[Bauform B. (bauformb)]

Die obere Version gefällt mir besser, weil C51 direkt am ADC-Eingang 
sitzt, das ist zwar nicht viel niederohmiger als 1k, aber immerhin. Die 
Filterwirkung ist auch besser.

Die BAT15 ist so extrem auf kleine VF optimiert, dass sie kaum noch als 
Diode zu gebrauchen ist. Vor allem ist sie nur für 4V spezifiziert, in 
Worten: vier Volt, was es alles gibt. Und dank 5uA Leckstrom bei nur 1V 
und 25°C kann man nicht mehr von "messen" reden. Zum Vergleich hat die 
BAT70 maximal 100nA bei 50V. Natürlich werden das auch uA wenn sie heiss 
wird.

Der R92 sorgt dafür, dass der Strom durch die Eingangsschutzdioden 
kleiner bleibt. Als Schutz vor Programmfehlern ist er nicht nötig, der 
Pin kann ja nur 0 bis 5V liefern, da kann nicht viel Strom fliessen.

Zum Thema Überspannungen im Kfz gibt es hier eine vernünftige 
Diskussion:
Beitrag "12V KFZ Versorgungs-Schaltung aus de.dse-faq"

[Anja (Gast)]

Tim M. schrieb:
> Habe gerade gesehen das die BAV199 >900mV VF hat -> ungeeignet?

bei welchem Strom? (und fließt der überhaupt durch die BAV?

ich würde eher in der oberen Schaltung R90 einsparen. Und dafür R92 
größer machen. (Dann bekommt die Schutzdiode im Prozessor weniger 
Strom).

Mit welcher Abtastrate wird da überhaupt gemessen?
Gefühlsmäßig müßte das Anti-Aliasing Filter um C51 für eine niedrigere 
Grenzfrequenz ausgelegt sein.

Bei C48 auf das Dielektrikum (Verlustfaktor) achten. Nicht daß der wegen 
Überlastung bei ESD-Beschuß niederohmig wird.

Gruß Anja

[Tim M. (tim90)]

Vielen Dank für die schnellen Rückmeldungen!

>Zum Vergleich hat die BAT70 maximal 100nA bei 50V. Natürlich werden das auch >uA 
wenn sie heiss wird.

Die BAT70 konnte ich nicht finden - Wahrscheinlich war BAS70 gemeint(?)
Diese Diode ist denke ich die bessere Alternative. Vielen Dank für den 
Tipp!
Heiß werden sollte da im normalen Betrieb nichts :-)

>Mit welcher Abtastrate wird da überhaupt gemessen?
>Gefühlsmäßig müßte das Anti-Aliasing Filter um C51 für eine niedrigere
>Grenzfrequenz ausgelegt sein.

Berechnet wurde da noch nichts konkret - Die Bauteilwerte sind aktuell 
geschätzt. Ich denke so 50-100 Hz Abtastrate.

>Bei C48 auf das Dielektrikum (Verlustfaktor) achten. Nicht daß der wegen
>Überlastung bei ESD-Beschuß niederohmig wird.

Danke für den Hinweis! Auf was muss ich da im Datenblatt genau achten? 
Aktuell hätte ich mir diesen Kondensator ausgesucht: 
CGA4J2X7R2A104M125AA 
https://product.tdk.com/system/files/dam/doc/product/capacitor/ceramic/mlcc/catalog/mlcc_automotive_midvoltage_en.pdf

[Anja (Gast)]

Tim M. schrieb:
> Aktuell hätte ich mir diesen Kondensator ausgesucht:
> CGA4J2X7R2A104M125AA

da steht nichts im Datenblatt von "ESD".
Im Automotive Bereich ist das normalerweise im Datenblatt spezifiziert:
z.B.
https://product.tdk.com/de/search/capacitor/ceramic/mlcc/info?part_no=CGA3EANP02A682J080AC

oder
https://www.kyocera-avx.com/products/ceramic-capacitors/surface-mount/esd-safe-mlc-chips/

Gruß Anja

[Tim M. (tim90)]

> da steht nichts im Datenblatt von "ESD".
> Im Automotive Bereich ist das normalerweise im Datenblatt spezifiziert:

Sind die nicht mit "aec-q200" Zertifizierung automatisch ESD fest?

Könnte ich da einen Kondensator mit 50V auch verwenden? z.B. 
ESD35C104K4T2A


Gruß,
Tim

[Andrew T. (marsufant)]

Tim M. schrieb:
> Sind die nicht mit "aec-q200" Zertifizierung automatisch ESD fest?

Nein.

> Heiß werden sollte da im normalen Betrieb nichts :-)


Schau dir auch mal die Leckströme der dioden im Bereich -20V...+70C .
Man(n) landet ziemlich schnell bei der BAV 199 als sehr guten Kompromiss 
für diese Schutzschaltung.

[Tim M. (tim90)]

>Schau dir auch mal die Leckströme der dioden im Bereich -20V...+70C .
>Man(n) landet ziemlich schnell bei der BAV 199 als sehr guten Kompromiss
>für diese Schutzschaltung.
Die BAV199 hat aber ein VF von 900mV bei 1mA - Ist das nicht schlecht?
Die Spannung die schlechtesten Falle anliegen würde wären 5,9V bei 5V 
Versorgung - Wenn ich davon ausgehe das die internen Dioden schon bei 
5,5V leiten anfangen, würden mir die zuerst in Begrenzung gehen und 
evtl. überlastet werden. Oder sehe ich das komplett falsch?

Von der Theorie her müssten alle Kondensatoren die direkt an der 12V 
Leitung ohne TVS Diode hängen 100V abkönnen - Da laut Wiki beim Test 
100V für 500ms anstehen können. Ist das so richtig?

Wie sieht es da mit den Flex Kondensatoren aus. Wann müssen diese 
verwendet werden? Gibt es da eine Regel?

Könnte ihr mir da bitte ein paar Tipps geben. Man findet da kaum 
verlässliches Material über die generelle Vorgehensweise darüber.