MAX4708 Consideraciones de diseño para un entorno industrial Duro

 

NOTA DE APLICACIÓN 5260

 

06 de abril 2012

Resumen: Este artículo discute los factores que influyen en la robustez de un circuito en un medio hostil, al igual que usted encontraría en aplicaciones industriales. Los temas cubiertos incluyen maneras de manejar transitorios de voltaje y protección contra descargas electrostáticas (ESD) y los fallos. La familia MAX4708 protegidas de fallos multiplexores y el transceptor MAX14770E PROFIBUS se ofrecen.

Una versión similar de este artículo apareció en el 11 de noviembre 2011 cuestión de la ECN revista.

Introducción

Semiconductor (IC), robustez, lo que es la operación la temperatura alcance? ¿Cómo se maneja el ruido eléctrico de alta? ¿Qué pasa con la EDS y la protección de fallo? Estos problemas no son necesariamente las primeras cosas que un ingeniero de diseño piensa en la hora de seleccionar un IC. Sin embargo, la robustez es un parámetro clave de rendimiento para el funcionamiento a largo plazo y un producto confiable, al final de buena reputación. Esto es especialmente cierto cuando se diseña un sistema para un entorno industrial, donde las duras condiciones de funcionamiento son comunes. Equipo industrial puede estar expuesto a una amplia gama de temperaturas, el ruido eléctrico de alta en cualquiera de las líneas de suministro de energía o líneas de datos, y los eventos de fallo como circuitos de ESD o corta.

Hoy en día el de facto estándar de temperatura para circuitos integrados en un entorno industrial es de -40 ° C a +85 ° C, una "extensa" 15 ° C más alta que el nivel de -40 ° C a +70 ° C Temperatura de rango de años atrás. La tendencia de la industria es la temperatura para un funcionamiento cada vez más altos, y, finalmente, la expectativa de nuevo será el rango de -40 ° C a +125 ° C de la industria automotriz. Densidades de corriente más alta y poder hacer evidente que las empresas de CI debe diseñar circuitos para soportar un rango de temperatura más amplio ... o quedará fuera del proceso de decisión.

Gestión de transitorios de tensión

Los transitorios de tensión a menudo aparecen en las líneas de suministro de energía a causa de un cableado incorrecto o cortocircuitos accidentales. Si las entradas no están protegidos, estos transitorios pueden dañar los circuitos aguas abajo. Un circuito simple y discreto compuesto de una serie con un fusible transitorio de voltaje supresor ( TVS ) diodo se ha utilizado tradicionalmente para proteger contra la mayoría de los transitorios de tensión (Figura 1 ).

Figura 1. Transitorios de voltaje de protección del circuito utilizando componentes discretos.

Protección de transitorios usando componentes discretos, sin embargo, tiene sus propias limitaciones. El umbral de protección sobre el diodo TVS a menudo no es bien controlada y puede variar drásticamente en la temperatura.Además, el fusible necesita ser reemplazado después de una condición de sobretensión se produce. Por último, los transitorios grandes requieren diodos televisores de gran tamaño que consumen espacio en la placa y disipar el calor adicional.

Un enfoque más controlado para manejar eventos de sobretensión transitoria, y es el de integrar el umbral de protección y los circuitos de reacción en un IC. Para asegurar una respuesta fiable cada vez, los comparadores internos y los diodos están diseñados en un número de control y protección VA. Algunos incorporan circuitos integrados de alta tensión de protección contra fallas de líneas de datos. Para protegerse de los daños, un dispositivo de fallos protegida congela cuando las normales en línea que los datos de los niveles de tensión son superados. Un ejemplo de esto es el MAX4708 familia de multiplexores. El MAX4708/MAX4709 incluye dos detectores de fallo: un lado alto detector para tensiones NO_ encima del carril positivo (V +), y un lado bajo del detector para tensiones NO_ por debajo del carril negativo (V-) ( Figura 2 ). Una condición de fallo se produce cuando la tensión en NO_ excede cualquiera de carril de la alimentación y, en este punto, la N1 y FETS P1 son apagados. Este enfoque rápidamente desconecta la entrada y la salida del interruptor cuando una condición de fallo.

Figura 2. Esquema de funcionamiento de la MAX4708/MAX4709.

Los transitorios de tensión en los sistemas de datos también puede ser manejado con RS-485 transceptores. El receptor de entrada y salida del conductor de un puerto RS-485 transceptor puede estar expuesto a voltajes significativamente más altos que el-7V a +12 V en modo común rango especificado en la norma EIA/TIA-485 para un sistema industrial. Más reciente transceptores han sido diseñados para soportar estos eventos sobretensión y ahora incluso puede soportar hasta ± 80V (con respecto a tierra) sin sufrir daños. Esta tecnología de vanguardia garantiza una protección sólida y la longevidad operacional.

Protección contra ESD y Faltas

Integrada EDS circuito protege un IC de daños de ESD y ayuda a que el sistema sea más robusto.

La descarga electrostática (ESD), otro caso de sobretensión, se produce cuando dos materiales con diferentes potenciales eléctricos en contacto, la transferencia almacenadas las cargas estáticas, y generar una chispa. Chispas de EDS a menudo se producen por la interacción de las personas con su entorno. Estas chispas accidentales pueden cambiar las propiedades de un dispositivo semiconductor, degradar o destruir por completo. La EDS es un grave problema industrial estima que causa miles de millones de dólares en daños anualmente. La existencia de ESD que ocurren en el fallo de causa de campo de los componentes individuales y fallos en el sistema a veces catastróficos.

Externos diodos ESD y otros tipos de circuitos de componentes discretos se puede utilizar para proteger las líneas de datos. Muchos dispositivos IC integrar un cierto grado de protección ESD y no requieren una mayor protección externa para el propio circuito integrado. Figura 3 muestra un diagrama funcional muy simplificada de un esquema de protección integrado común. Los picos de voltaje en la entrada / salida de señales ( E / S ) se sujetan a V _CC o GND y proteger la circuitería interna. Muchos de los productos de la interfaz y conmutadores analógicos integrar la protección ESD diseñado para cumplir con las normas IEC 1000-4-2. Es de destacar que Maxim logrado recientemente EDS modelo del cuerpo humano (HBM) el nivel de ± 35kV en su PROFIBUS RS-485 transmisor-receptor, el MAX14770E .

Figura 3. Simplificado los circuitos integrados de protección ESD.

Conclusión

A pesar de la robustez abarca un grupo heterogéneo de problemas de diseño de la temperatura de funcionamiento, a la culpa y la protección de la línea, a los circuitos de la EDS y corto, no suele ser lo primero que algunas de las direcciones de ingeniería de diseño. Eso podría ser un grave error. Las aplicaciones en el mercado industrial requieren piezas robustas para soportar los ambientes hostiles que vienen con el territorio. La robustez se debe considerar temprano en la fase de diseño para estas aplicaciones.