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bastelix(R)

21.04.2017,
22:38
 

µC Pin gegen statische Entladung schützen (Sonderfall) (Schaltungstechnik)

Servus Zusammen,

ich bastle grad an einem Toch-Sensor (idee und library: https://www.pjrc.com/teensy/td_libs_CapacitiveSensor.html ) und habe mir dafür folgende Schaltung gesteckt:



Kurz zur Erklärung (soweit ich das erklären kann ;-) ): Über PB3 / R2 wird der Kondensator geladen, an K1 hängt ein Stück Metall welches mit der Umgebung die Kondensatorplatten darstellt, über RB4 wird gemessen wie schnell sich der Kondensator entlädt. Berührt man K1 entlädt sich der Kondensator wesentlich schneller als ohne Berührung. R3 soll PB4 vor statischen Entladungen schützen, so wird das auch in der verlinkten Seite empfohlen.

Reicht der Widerstand R3 um PB4 (und R2 für PB3) um die Pins vor statischer Entladung beim berühren von K1 zu schützen?

Wenn das Netzteil nicht geerdet ist wird noch eine Verbindung zwischen GND und Erde benötigt, damit das mit dem Touchen wirklich funktioniert. Den R8 hab ich eingefügt um mögliche Störungen von der Erde zu filtern. Reicht das soweit?

Ich hab mal versucht Dioden (1N4007) in Sperrichtung zwischen GND-Pin-VCC einzustecken, dann eignet sich das ganze super als Weihnachtsdeko (die Art von Deko bei der man am liebsten mal in den frühen Morgenstunden mit dem Seitenschneider vorbeischauen möchte...)

bastelix(R)

22.04.2017,
23:29

@ bastelix

µC Pin gegen statische Entladung schützen (Sonderfall)

Hab da noch was gefunden: http://www.nxp.com/documents/data_sheet/PCF8883.pdf
Schau ich mir die Tage mal in Ruhe an, den IC bekommt man wohl auch als Bastler relativ einfach in kleinen Mengen - Porto iss halt knackig wenn man nur ein paar ICs bestellt...

Damit will ich aber niemanden von einer Antwort zu meiner ursprünglichen Frage abhalten ;-)

Sel(R)

Radebeul,
23.04.2017,
12:30

@ bastelix

µC Pin gegen statische Entladung schützen (Sonderfall)

» Servus Zusammen,
»
» ich bastle grad an einem Toch-Sensor (idee und library:
» https://www.pjrc.com/teensy/td_libs_CapacitiveSensor.html ) und habe mir
» dafür folgende Schaltung gesteckt:
»
»
»
» Kurz zur Erklärung (soweit ich das erklären kann ;-) ): Über PB3 / R2 wird
» der Kondensator geladen, an K1 hängt ein Stück Metall welches mit der
» Umgebung die Kondensatorplatten darstellt, über RB4 wird gemessen wie
» schnell sich der Kondensator entlädt. Berührt man K1 entlädt sich der
» Kondensator wesentlich schneller als ohne Berührung. R3 soll PB4 vor
» statischen Entladungen schützen, so wird das auch in der verlinkten Seite
» empfohlen.
»
» Reicht der Widerstand R3 um PB4 (und R2 für PB3) um die Pins vor statischer
» Entladung beim berühren von K1 zu schützen?
»
» Wenn das Netzteil nicht geerdet ist wird noch eine Verbindung zwischen GND
» und Erde benötigt, damit das mit dem Touchen wirklich funktioniert. Den R8
» hab ich eingefügt um mögliche Störungen von der Erde zu filtern. Reicht das
» soweit?
»
» Ich hab mal versucht Dioden (1N4007) in Sperrichtung zwischen GND-Pin-VCC
» einzustecken, dann eignet sich das ganze super als Weihnachtsdeko (die Art
» von Deko bei der man am liebsten mal in den frühen Morgenstunden mit dem
» Seitenschneider vorbeischauen möchte...)

Ohne das ich jetzt behaupte meine Gedanken sind richtig...
Zwei antiparallel geschaltete kleine Dioden zwischen Pin 2 und 3 am IC sollten gut schützen. Das mit der Erdung ist gut hochohmig, sollte gehen.

LG Sel

--
******************************************
Ich bin ein Elektronikbastler, der nur durch Schmerzen begreift, was schlauere Leute im Forum an Wissen vermitteln können.

simi7(R)

D Südbrandenburg,
23.04.2017,
14:03

@ Sel

µC Pin gegen statische Entladung schützen (Sonderfall)

» » Servus Zusammen,
» »
» » ich bastle grad an einem Toch-Sensor (idee und library:
» » https://www.pjrc.com/teensy/td_libs_CapacitiveSensor.html ) und habe mir
» » dafür folgende Schaltung gesteckt:
» »
» »
» »
» » Kurz zur Erklärung (soweit ich das erklären kann ;-) ): Über PB3 / R2
» wird
» » der Kondensator geladen, an K1 hängt ein Stück Metall welches mit der
» » Umgebung die Kondensatorplatten darstellt, über RB4 wird gemessen wie
» » schnell sich der Kondensator entlädt. Berührt man K1 entlädt sich der
» » Kondensator wesentlich schneller als ohne Berührung. R3 soll PB4 vor
» » statischen Entladungen schützen, so wird das auch in der verlinkten
» Seite
» » empfohlen.
» »
» » Reicht der Widerstand R3 um PB4 (und R2 für PB3) um die Pins vor
» statischer
» » Entladung beim berühren von K1 zu schützen?
» »
» » Wenn das Netzteil nicht geerdet ist wird noch eine Verbindung zwischen
» GND
» » und Erde benötigt, damit das mit dem Touchen wirklich funktioniert. Den
» R8
» » hab ich eingefügt um mögliche Störungen von der Erde zu filtern. Reicht
» das
» » soweit?
» »
» » Ich hab mal versucht Dioden (1N4007) in Sperrichtung zwischen
» GND-Pin-VCC
» » einzustecken, dann eignet sich das ganze super als Weihnachtsdeko (die
» Art
» » von Deko bei der man am liebsten mal in den frühen Morgenstunden mit dem
» » Seitenschneider vorbeischauen möchte...)
»
» Ohne das ich jetzt behaupte meine Gedanken sind richtig...
» Zwei antiparallel geschaltete kleine Dioden zwischen Pin 2 und 3 am IC
» sollten gut schützen. Das mit der Erdung ist gut hochohmig, sollte gehen.
»
» LG Sel
Außer beim Reset Pin sind die beiden Dioden (von Masse und zur Vcc) schon in den µCs von Atmel drin. Im Datenblatt gibt es irgendwo einen Hinweis dazu.
Ich kann dir jetzt nicht sagen wieviel Strom die vertragen, aber ich schätze mal, dass deine Widerstände für normale Umstände ausreichend sind.

Hartwig(R)

23.04.2017,
14:20
(editiert von Hartwig
am 23.04.2017 um 14:21)


@ bastelix

µC Pin gegen statische Entladung schützen (Sonderfall)

Hallo,
So wie ich das Sensorkonzept verstehe, soll sich die relativ geringe Kapazität der Kontakte in die große Körperkapazität entladen. Was passiert jetzt, wenn die Körperkapazität eine höhere Ladung als die Kontaktkapaziät hat? Aber wahrscheinlich spielt das keine Rolle, da in den meisten Fällen ohnehin 50Hz-Überlagerungen auftreten werden....
Das mit den Dioden kann man machen, nur 1N4007 gehören dort auf keinen Fall hin, da nimmt man 1N4148 oder andere Kleinsignaldioden. Die haben eine deutlich geringere Sperrschichtkapaziät als Gleichrichterdioden wie die 1N400X. Die falsche Wahl der Dioden könnte vielleicht sogar der Grund für die Blinkerei sein.
Der Schutz der Pins ist ja immer dann wichtig, wenn diese hochohmig sind. Da würde ich mich aber in dem Fall nicht auf die Software verlassen, sondern grundsätzlich alle Pins, die am Sensor liegen, gegen Überspannung schützen.
Grüße
Hartwig

bastelix(R)

24.04.2017,
20:13

@ simi7

µC Pin gegen statische Entladung schützen (Sonderfall)

» » Ohne das ich jetzt behaupte meine Gedanken sind richtig...
» » Zwei antiparallel geschaltete kleine Dioden zwischen Pin 2 und 3 am IC
» » sollten gut schützen. Das mit der Erdung ist gut hochohmig, sollte
» gehen.
Danke.

» Außer beim Reset Pin sind die beiden Dioden (von Masse und zur Vcc) schon
» in den µCs von Atmel drin. Im Datenblatt gibt es irgendwo einen Hinweis
» dazu.
» Ich kann dir jetzt nicht sagen wieviel Strom die vertragen, aber ich
» schätze mal, dass deine Widerstände für normale Umstände ausreichend sind.
Danke.

Steht in Kapitel 10.1 (Seite 53) und die elektrischen Eigenschaften in Kapitel 21.1 (Seite 161) aber ich finde auf die Schnelle nichts zu den Strömen der Dioden. Nur -0,5 bis Vcc + 0,5V und 40mA pro Pin außer PRESET, der verträgt -0,5V bis +13,0V. Das "All I/O pins have protection diodes ..." würde ich so lesen, dass es auch für RESET gilt (kann ja als I/O-Pin genutzt werden). Da ich doch ein relativ langes Kabel zwischen µC-Pin und Sensor-Fläche hängen möchte will ich mich aber nicht allein auf die Dioden verlassen.

bastelix(R)

24.04.2017,
20:34

@ Hartwig

Läuft! µC Pin gegen statische Entladung schützen...

» So wie ich das Sensorkonzept verstehe, soll sich die relativ geringe
» Kapazität der Kontakte in die große Körperkapazität entladen.
So hab ich das verstanden.
» Was passiert jetzt, wenn die Körperkapazität eine höhere Ladung als die Kontaktkapaziät hat?
Kann man die Frage laienhaft so formuliert: Was passiert, wenn beim Berühren die Person stärker geladen ist als die Sensorfläche?
Müsste dann nicht die Ladung von der Person ebenfalls über den Mess-Pin abfließen und der µC registriert entweder eine Kapazitätsänderung oder er bemerkt die Berührung halt nicht?

» Das mit den Dioden kann man machen, nur 1N4007 gehören dort auf keinen Fall
» hin, da nimmt man 1N4148 oder andere Kleinsignaldioden. Die haben eine
» deutlich geringere Sperrschichtkapaziät als Gleichrichterdioden wie die
» 1N400X.
Ok, hab die 1N4007 genommen da ich dachte es kommt auf die Spannungfestigkeit an. 1N4148 hab ich auch da.

» Die falsche Wahl der Dioden könnte vielleicht sogar der Grund für
» die Blinkerei sein.
Könnte mit rein spielen, aber der falsch dimensionierte R2 hat anscheinend einen extremen Einfluss. In meinem Schaltplan ist der zwar schon mit 330K angegeben aber beim Testen auf dem Steckbrett hatte ich noch einen 1M verwendet. Damit ist die Schaltung wesentlich empfindlicher. Hat zwar auch nur auf Berührung reagiert (bei 10M reagiert der Sensor Berührungslos) aber offensichtlich auch auf Störungen wenn das Kabel zu lange oder ungünstig verlegt ist.

» Der Schutz der Pins ist ja immer dann wichtig, wenn diese hochohmig sind.
» Da würde ich mich aber in dem Fall nicht auf die Software verlassen,
» sondern grundsätzlich alle Pins, die am Sensor liegen, gegen Überspannung
» schützen.
Ja, das sehe ich auch so. Hab das jetzt mal so aufgebaut.



Damit sollten doch beide Pins geschützt sein, da die Dioden vor beiden Pins sitzen und davor ein 1k Widerstand zum Schutz der Dioden.

Dann noch Koax-Kabel für die Verbindung zwischen Platine und Sensor-Metallstreifen (wird in dem NPX-Datenblatt empfohlen), Schirmung liegt auf GND und es funktioniert sehr zuverlässig nur bei Berührung des Sensors.

Ist die Schaltung jetzt auch soweit vernünftig aufgebaut?

simi7(R)

D Südbrandenburg,
24.04.2017,
21:33

@ bastelix

µC Pin gegen statische Entladung schützen (Sonderfall)

» Steht in Kapitel 10.1 (Seite 53) und die elektrischen Eigenschaften in
» Kapitel 21.1 (Seite 161) aber ich finde auf die Schnelle nichts zu den
» Strömen der Dioden. Nur -0,5 bis Vcc + 0,5V und 40mA pro Pin außer PRESET,
» der verträgt -0,5V bis +13,0V. Das "All I/O pins have protection diodes
» ..." würde ich so lesen, dass es auch für RESET gilt (kann ja als I/O-Pin
» genutzt werden).
Der Reset Pin macht da eine Ausnahme. Wenn man den nämlich als I/O Pin verwendet kann man die normalen Programmieradapter nicht mehr verwenden. Die brauchen den Reset für den Programmiervorgang.
Um dann den Chip zu löschen muss man den sog. HV Programmer verwenden.
Der legt zum programmieren/löschen 12V an den Reset Pin, da wäre ne Diode zum Vcc etwas hinderlich.
Denkbar wäre eine interne Z-Diode als Schutz.

bastelix(R)

24.04.2017,
21:38

@ simi7

µC Pin gegen statische Entladung schützen (Sonderfall)

» » außer RESET,
» » der verträgt -0,5V bis +13,0V. Das "All I/O pins have protection diodes
» » ..." würde ich so lesen, dass es auch für RESET gilt (kann ja als I/O-Pin genutzt werden).
» Der Reset Pin macht da eine Ausnahme. Wenn man den nämlich als I/O Pin
» verwendet kann man die normalen Programmieradapter nicht mehr verwenden.
» Die brauchen den Reset für den Programmiervorgang.
» Um dann den Chip zu löschen muss man den sog. HV Programmer verwenden.
» Der legt zum programmieren/löschen 12V an den Reset Pin, da wäre ne Diode
» zum Vcc etwas hinderlich.
Ok, hast mich überzeugt!

So ein HV-Programmer ist übrigens verdammt nützlich wenn man sich in der Arduino-IDE verklickt hat ;-)

Hartwig(R)

29.04.2017,
11:02
(editiert von Hartwig
am 29.04.2017 um 11:06)


@ bastelix

Läuft! µC Pin gegen statische Entladung schützen...

Hallo
» Müsste dann nicht die Ladung von der Person ebenfalls über den Mess-Pin
» abfließen und der µC registriert entweder eine Kapazitätsänderung oder er
» bemerkt die Berührung halt nicht?
so in etwa, was passiert, hängt wohl in erster Linie vom Algorithmus ab.
»
» » Das mit den Dioden kann man machen, nur 1N4007 gehören dort auf keinen
» Fall
» » hin, da nimmt man 1N4148 oder andere Kleinsignaldioden. Die haben eine
» » deutlich geringere Sperrschichtkapazität als Gleichrichterdioden wie die
» » 1N400X.
» Ok, hab die 1N4007 genommen da ich dachte es kommt auf die
» Spannungsfestigkeit an.
Die werden ja nur bis zur Versorgungsspannung in Sperrrichtung betrieben, eine Diode ist also immer bei Versorgungsspannung+Durchlassspannung leitend.
»

»
»
»
» Damit sollten doch beide Pins geschützt sein, da die Dioden vor beiden Pins
» sitzen und davor ein 1k Widerstand zum Schutz der Dioden.

Da die Dioden ja sehr niederohmig an der Versorgungsspannung liegen, sind 1kOhm schon recht knapp. Macht man den Widerstand größer, wird er irgendwann den Messalgorithmus beeinflussen. Persönlich hätte ich die Dioden eher direkt an die zu schützenden Eingänge gelegt.
»
» Dann noch Koax-Kabel für die Verbindung zwischen Platine und
» Sensor-Metallstreifen (wird in dem NPX-Datenblatt empfohlen), Schirmung
» liegt auf GND und es funktioniert sehr zuverlässig nur bei Berührung des
» Sensors.
Dann ist es doch ok! so ein Koax-Kabel hat grob etwa 100pF/m, das wäre also der Sensorkapazität hinzuzurechnen.
»
» Ist die Schaltung jetzt auch soweit vernünftig aufgebaut?

Ich sehe da nichts, was mich stören würde (bis auf den 1k-Widerstand, siehe oben), allerdings habe ich auch noch nie mit Kapazitiven Sensoren als Schalter zu tun gehabt , das lag auch daran, dass ich immer wieder Situationen erlebte, in denen diese Schalter total versagten.

Viele Grüße
Hartwig

bastelix(R)

01.05.2017,
21:26

@ Hartwig

Läuft! µC Pin gegen statische Entladung schützen...

Hallo

» so in etwa, was passiert, hängt wohl in erster Linie vom Algorithmus ab.
Den Code habe ich mir mal angeschaut. Die beiden Pins werden vor der Messung auf Output/LOW gesetzt, danach der Mess-Pin auf Input und der Lade-Pin auf HIGH, dann wird gemessen wie lange es dauert bis der Mess-Pin auf HIGH geht oder der Timeout überschritten wird. Also "so in etwa" müsste passen ;-)

» Da die Dioden ja sehr niederohmig an der Versorgungsspannung liegen, sind
» 1kOhm schon recht knapp. Macht man den Widerstand größer, wird er
» irgendwann den Messalgorithmus beeinflussen. Persönlich hätte ich die
» Dioden eher direkt an die zu schützenden Eingänge gelegt.
Ich hab Version 1 schon auf Lochraster aufgebaut und die läuft grad im "Labor-Test". Für Version 2 werde ich aber mal jedem Pin zwei Dioden spendieren und den Vorwiderstand am Mess-Pin erhöhen - 2k sollten gehen, sind ja im Moment auch zwei 1k in Serie, ggf etwas mehr wenn ich im Programm noch etwas Tune.
Die 330k sind auf Lochraster fast schon etwas zu viel, man braucht schon etwas mehr als die Fingerspitze zum schalten oder den Sensor-Streifen direkt über einer GND-Fläche - 1M ist aber zu viel des guten, dann dominieren wieder die Störungen. Hab mir mal ein paar Werte ]330k, 1M[ bestellt um das für Version 2 zu optimieren.

» » Ist die Schaltung jetzt auch soweit vernünftig aufgebaut?
» Ich sehe da nichts, was mich stören würde (bis auf den 1k-Widerstand, siehe
» oben), allerdings habe ich auch noch nie mit Kapazitiven Sensoren als
» Schalter zu tun gehabt , das lag auch daran, dass ich immer wieder
» Situationen erlebte, in denen diese Schalter total versagten.
Hmm... ich hab ja noch einen Pin frei, sogar einen Interrupt-Pin ich denke da werde ich einfach noch einen Notfall-Taster vorsehen mit dem man den Sensor überstimmen kann.

Danke und viele Grüße
Bastelix