Помехи, обусловленные электростатическим разрядом

Электростатический разряд – это внезапный разряд статического электричества на землю. При этом потенциал относительно земли зачастую достигает существенной величины и может вывести из строя элект­ронные схемы, воздействуя на их входы, например КМОП интегральные микросхемы, с высоким входным сопротивлением. Электростатический разряд обычно производит большое количество высокочастотных колеба­ний большой мощности, поскольку обладает очень малой длительностью импульса.

Электростатический разряд может наводиться в процессе функционирования исполнительного механизма. Если в устройствах с двигателями применяются механизмы с ременной пе­редачей, шкивами, пластмассовыми ре­дукторами и другими подвижными час­тями из изолирующих материалов, су­ществует потенциальная возможность возникновения самопроизвольного элект­ростатического разряда. При определен­ном подборе материалов движущийся от­носительно шкива ремень может образо­вать генератор Ван-де-Граафа (создающий электростатическую поме­ху). Самопроизвольный элект­ростатический разряд может привести к серьезным сбоям в электронике, например к случайным сбросам микропроцессора.

Электронные блоки обычно защищаются от влияния помех от разрядов с помощью ферритовых колец, надетых на сигнальные провода, и фильтров НЧ. Для защиты интегральных схем от электростатических разрядов можно использовать диодные ограничители.

На Рис. а показано, как защитить вход­ную линию при помощи двух диодов. Диод D1 защищает цепь от возраста­ния напряжения выше, чем прямое падение напряжения на диоде плюс напряжение питания. Диод D2 защищает цепь от падения напряжения ни­же потенциала земли плюс прямое падение напряжения на диоде.

На Рис. 6 показано, как последовательно включенный в линию резистор улучшает параметры защиты цепи. За счет емкости диодов и сопротивле­ния R1 во входной цепи, образованная RC-цепь снижает скорость нараста­ния импульса. В цепях, где нельзя использовать последовательно вклю­ченные резисторы, на сигнальный провод обычно надевают ферритовые кольца, что также дает неплохие результаты.

Защитные диоды должны быть рассчитаны на полную мощность им­пульса наводки. Куда уходит эта мощность? Обычно считается, что в ис­точник питания. Энергия электромагнитного импульса проследует через диоды либо на землю, либо в источник питания. Если емкость в фильтре питания недостаточна или если цепи питания имеют довольно высокое сопротивление, входной блок может и выдержит влияние разряда, однако в системе что-нибудь выйдет из строя. Влияние на блок питания можно минимизировать, надев ферритовые кольца не только на сигнальные провода, но и на провода питания. Естест­венно, следует учитывать частотные свойства самого сигнала. Надевание ферритовых колец на кабель с видеосигналом, например, приведет к нежела­тельному ослаблению сигнала, хотя и защитит от электромагнитных помех.

При установке защиты от электростатических разрядов следует рас­смотреть работу системы в целом. Добавление защитных диодов предо­твратит влияние разрядов, но может привести к ошибочной обработке входных сигналов. Что можно сделать в этом случае? Возможно, придется выполнить дополнительную программную цифровую фильтрацию для иг­норирования подобных состояний на входах. В некоторых случаях при возникновении разряда может оказаться необходимым даже принудитель­ный сброс всей системы. Потребуется также задействовать сторожевой таймер (watch-dog timer) микропроцессора для перевода его в дежурный «спящий» режим.

Обнаружить и предотвратить помехи от электростатических разрядов можно только тестированием системы с использованием специального тестового генератора, производящего мощные электрические разряды вблизи корпуса прибора.

Дата добавления: 2014-01-13