Comment un circuit de serrage de diode protège-t-il contre les surtensions et les décharges électrostatiques?

Je vois toujours ce circuit lorsque je parle de surtension ou de protection ESD (ce circuit accomplit-il les deux, ou seulement un?):

Cependant, je ne comprends pas comment cela fonctionne. Disons que j'ai mis 20V à Vpin.

Donc, Vpin est à un potentiel plus élevé que Vdd, donc le courant passe à travers la diode. Mais la tension au nœud Vpin est toujours de 20V et le CI voit toujours 20V - comment cela protège-t-il les circuits internes? De plus, si un événement ESD atteint 10 000 V à Vpin, comment protège-t-il les circuits internes?

Enfin, la diode D2 est-elle là pour se protéger contre une tension inférieure à Vss, ou a-t-elle un autre but?

J'ai essayé de simuler ce circuit, mais pour une raison quelconque, cela ne fonctionne pas.

Le circuit protège contre les surtensions et les décharges électrostatiques sous certaines conditions. L'hypothèse principale est que Vd est "rigide" par rapport à la source d'énergie sur Vpin. Cela est généralement vrai pour Vd = une alimentation de disons 1 A + et Vpin est une source de signal typique. Si Vpin est par exemple une batterie de voiture, tous les paris peuvent être désactivés sur la durée avant que D3 ne soit détruit. .

Comme illustré, l'entrée Vpin est connectée à Vdd via la diode D3. Soit
- L'entrée sera fixée à une chute de diode au-dessus de Vd car la source n'a pas assez d'énergie pour augmenter la tension de Vd ou
- Vd augmentera jusqu'à près de Vpin - uniquement si Vpin est beaucoup plus "rigide" que Vd. Pas habituellement, ou
- D3 sera détruit car la source d'énergie et le puits le feront disparaître

Il est habituel d'ajouter une petite résistance - disons 1k à 10k entre Vpin et la jonction D2 D3.

Vpin doit maintenant chuter ~ = Vpin-Vd à travers la résistance.

ESD: Le même circuit fonctionne de la même manière pour l'ESD qui est "juste" une source d'énergie à plus basse tension (vous l'espérez). Encore une fois, une résistance d'entrée en série aide. Des aspects tels que le temps de montée et l'énergie disponible et peut-être même le temps de réponse des diodes deviennent importants.

Vous oubliez que ces sources de tension sont "idéales". Donc, si votre entrée est à 20 V directement à partir d'une alimentation, elle sera toujours à 20 V.

Lancez une résistance série là-dedans et vous pouvez voir comment cela fonctionne.

J'ai utilisé LTspice pour modéliser le circuit.

R1 est la résistance d'entrée pour certaines broches IC.

J'ai effectué un balayage CC de -10 V à 10 V avec des incréments de 1 V.

Comme vous le voyez, lorsque je commence à dépasser 5.7V, R1 ne voit que ~ 5.7V.

Les ESD sont une tension beaucoup plus élevée et ne durent que quelques instants, mais cela devrait démontrer la protection.

$V_{pin} > V_{dd}+0.7$$V_{pin} < -0.7$

Le test ESD peut aller jusqu'à + 8kV ou jusqu'à -8kV. Lorsqu'une décharge de + 8 kV se produit, le courant passe par D3 et essaie de se neutraliser. Lorsque -8kV se produit, le courant passera par D2.

Dans les applications réelles, les alimentations VDD et VSS sont très éloignées. Lorsque l'ESD se produit, le pic sortira de la trace VDD (ou VSS) et interfèrera avec d'autres composants.

Pour minimiser cette caractéristique indésirable, ajoutez toujours un plafond global entre VDD et VSS; plus proche de D2 et D3.

"Lorsque Vin> Vcc + 0,7, ou lorsque Vin <-0,7, l'une des diodes commencera à conduire. L'excès de tension (tout ce qui est supérieur à 5,7 ou inférieur à -0,7 est transmis à la masse ou à l'alimentation". Je pense que cette explication de efox29 répond à peu près à votre question.

Votre photo est quelque peu trompeuse. Nous espérons que le nœud Vpin où vous avez écrit 20V n'atteindra jamais 20V. Lorsque Vpin commence à augmenter de tension (sur son chemin jusqu'à 20 V), dès qu'il dépasse la tension Vdd (5 V + 0,7), la diode D3 conduira et enverra la plupart du courant au nœud Vdd et Vpin ne le fera pas. obtenir une tension plus élevée.

De même, D2 bloquera la tension Vpin pour qu'elle ne soit pas inférieure à Vss

le travail de l'alimentation ferroviaire Vdd est de maintenir la différence de potentiel entre Vdd et la terre à 5V. si vous essayez de faire vdd plus grand que 5v en envoyant du courant dans le noeud vdd, l'alimentation du rail Vdd passera ce courant supplémentaire que vous avez envoyé à la terre de telle sorte que vdd reste à 5v. si vous avez vraiment exigé que le nœud vin soit à 20 V (par rapport à la terre), alors vous avez deux sources exigeant des tensions différentes pour le même nœud (pensez qu'elles appellent cela "conflit de source"). Si la source 20V à Vin est suffisamment forte pour pouvoir fournir plus de courant que le rail 5d vdd ne peut couler (et cela devrait être beaucoup de courant, et D3 échouerait probablement avec autant de courant), alors le nœud Vdd serait être forcé à 19,3V par l'alimentation en vin de 20V.