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[参考译文] THVD8000:具有低电压直流和 ESD 保护的 THVD8000

Guru**** 2782625 points

Other Parts Discussed in Thread: THVD8000, BQ24074, TPS27081A, TPS22919

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/interface-group/interface/f/interface-forum/1616555/thvd8000-thvd8000-on-low-voltage-dc-and-esd-protection

器件型号: THVD8000
主题中讨论的其他器件: BQ24074TPS27081ATPS22919

大家好!

我对 THVD8000 的设计有一些担忧、因为我无法完全与现有设计相关。

Prototype1-Power Stage.pdf 

Prototype1-Power Stage_page-0001.jpg

此电路板封装在一个黄铜盒内、由电池供电、并使用外部充电器。 为了能够为电池充电、盒体被置于 GND、而隔离的黄铜引脚由 5VDC 供电(如果损耗过高,可以重新设计为 7VDC)。 为电池充电和为系统供电、同时在电源线上消耗高达 1.2A 的电流。 在这种情况下、电源引脚是直径为 13mm 和 7mm 的 T 形圆柱体、总长度约为 22mm。 在这种配置中、为数据添加单独的线路成本高昂且复杂、这就是 THVD8000 发挥作用的地方。 它使内部 MCU 能够与充电器 MCU 通信、主要用于监控电池电量、但也用于备用数据交换。

我已经确定了 1MHz 载波频率和 2 个节点(器件+充电器)的线圈和电容器。 计算结果给出了 120uH 的线圈电容(考虑到低 DCR 和 1.2A 的此类元件尺寸,我尝试将值保持在较低水平)和 33nF 的线圈电容、我想我可以安全地增加到 47nF。 根据 EVM 的原理图、120 Ω 端接电阻器与 100nF 电容器并联、但我这样做可能会出错。 我放置了跳线以能够尝试 5MHz、频率也是 500kHz、但我知道更高的频率需要替换线圈、这仅用于测试。 您认为该部件还可以吗? 我是否需要对 Vin 进行额外滤波以获得平滑的 VDC 电源、或者线圈是否足够?

我已经将 ESD 二极管直接放置在电力线上。 我认为、这样可以保护 THVD8000 和负载。 主要用例包括人类操纵盒体并突然将 BOWD_GND 绑定到不同的电位、和/或在体和电源引脚之间通过导电材料短路。 在这里,我应该指出,我不是完全有信心的事实,箱子的身体不是“真正的地面“。 我预计在充电时、线圈会将电压最高降至 200mV(如果我无法采购良好的线圈,则可能会更大)。 我不知道它是否相关。 也许我应该设计充电器、使 Body_GND 实际上接地了? 希望就这一专题提供任何建议。

关于反向电流保护、我研究了几种可能。 我不使用肖特基二极管、因为我已经非常担心最大电荷时线圈中的损耗。 如果充电器提供标准 5VDC、则它必须超过 4 个线圈、并且仍为 BQ24074 的输入提供 4.35V 电压。 如果将设计更改为 7VDC 电源、肖特基二极管就可以成为解决方案。 但无论如何、我已经检查了如何使用 TPS22919 或 TPS27081A 充当反向电流保护、但我不确定如何正确连接此类 IC。 是否可以在 EN 线路上使用下拉电阻器并在 VIN 和 EN 之间使用二极管? 从 BQ24074 的内部来看、我把此类解决方案放在一边、因为我认为内部的 MOSFET 已经在进出之间完成了这一工作。 “那我想怎么样?“

注意:我不需要电池的反极性保护。 此器件应在出厂时进行组装、从未拆卸。

如有任何评论、将不胜感激。

一些额外(不相关)的详细信息:充电器在电源线上提供“主“VDC。 从数据中滤除后、Vin 会达到 BQ24074、以便进行电源路径管理和电池充电。 在 BQ24074 与电池之间、放置了 BQ27411 电量监测计来监控电池状态并向 MCU 报告。 BQ24074 的稳压输出被馈送到 LDO、以确保 VCC 电源轨为固定的 3.3V。 BQ24074 提供 PGOOD 信号、该信号在与充电器插入时唤醒 MCU。 然后、MCU 使 THVD8000 开始通信。 在仅使用电池时、THVD8000 会关闭以节省电力。

谢谢!

Theo

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    尊敬的 Theo,

    1.我不会将 EVM 用作此器件的“黄金标准“-并不是说 EVM 很差(有一些选择,比如 100nF 实际上是很差的 — 我认为应该是 pF 而不是 nF — 我不同意,但总的来说没关系) )但是,在现实生活中实际实现该器件的方式有太多变化 — 没有真正的黄金标准。 话虽如此、该 EVM 实际上专为 1MHz 的 2 个节点而设计、因此它实际上在您的用例中可能运行良好。  

    2. 120uH 对于 1MHz 处的 2 个节点是正确的 — 但这有效值为 120uH -因此您需要考虑容差的降额 — 因此实际电感= 120uH +容差+降额。 您也可以将其用于 5MHz、因为我们的公式可提供最小电感、较高的速度可提供较小的电感、唯一真正的问题是电感器 SRF(如果已列出)-但一般来说、1MHz 到 5MHz 的尖峰不会太大。  

    3.31.8nF 是我获得的最小电容值、因此任何更大的电容都是安全的。 1uF 在直流电源系统中很常见,因为它适用于所有调制频率 — 在交流系统中,您确实需要尽可能接近 31.8nF、因为交流信号将通过电容耦合。  

    4、由于您的“直流电源“非常低(通常我们看到 24V 和 36V 更常见 — 5V 还可以,但这不会是第一个不太常见的情况)、共享总线上有 TVS 二极管是可以的 — 通常我们在本地节点上有它,而不是共享总线(因此在 IC 和电容器之间) -所以这可能不是一个大问题,因为直流电压是低 — 然而最佳实践是至少一个本地的这些类型的应用。  

     

    5.因此 C14 应最大为 100pF,但更现实地说,我根本不会这样做 — 滤波电容器接地更有效 (A 和 B 接地 50pF 到 100pF、或 A 和 B 之间的电容器<= 100pF)

    6.对于反极性保护 — 所有您的考虑似乎非常合理 -我建议创建一个新的线程,专门讨论电源部件(TPS/TLV 设备) -这样你就有最好的人回答你的问题,因为老实说,我是一个 THVD8000 专家,虽然不是很多关于这些电源器件 — 我只是知道,如果主标题包含 TPS 或 TLV 器件型号,你会得到更好的响应。 在类似的应用中、我看到二极管是解决问题的标准方法。 您可能还需要咨询 BQ 器件的另一个主题,因为该器件实际上可能是此应用中最复杂的 — 没有什么大问题能让您需要联系他们-但他们可能已经看到与此类似的事情、他们可以提供一些额外的信息。  

    请告诉我、如果我的上述回复没有回答您的所有 THVD8000 问题 — 我还建议在功率器件上再创建至少一个线程,以便为这些问题提供尽可能好的支持-您可能还需要研究理想二极管 IC — 它们非常复杂,但在设置时基本上充当理想二极管(它们是在核心处具有电荷泵的 NFET)  

    此致、

    Parker Dodson

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    尊敬的 Parker:

    非常感谢您提供的许多有用输入。 没错、我忘记考虑容差和降额。 我选择了 150uH 分量、但 SRF 不允许在 5MHz 下使用。 无论如何,我预计我将需要更改线圈来测试其他频率, 1MHz 现在很好,问题是如何频率可以通过引脚和主体的黄铜材料和导电元件做结(螺钉,接线体和 PCB 之间,充电器的接触引脚,...)。 我想我只能在这里做真正的虫子测试来找出答案。

    说到体内电流的行为、我想知道我是否实际上只能使用“Vin"引“引脚来传输数据、因此身体将连接到“真实“接地。 由于身体可以被人类操纵,如果它是接地,我会更容易。 此外、从充电器上移除器件后、您是否认为线圈需要反激式二极管、以便在断开连接时(在 Body_GND 和 Body_VIN 处)使其放电? 这些二极管会干扰数据信号吗? 也许 C14 在哪些方面有用?

    我正要将 TVS 二极管移到电容器后面、但恐怕它们无法在发生长时间的外部事件时保护电路的其余部分。 设备本身在使用时会暴露在复杂的条件下(充电期间不会太多,所以它是由固体黄铜制成的!)。 你认为我应该只是重复吗? 一个位于 Vin 和 GND 之间、在 A 和 B 之间连接电容器? 我想这就是为什么最好使用更大的电容器、这样它们会允许更大的 ESD 通过、但总的来说、我不希望以前赶上 ESD。

    此致、

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    实际上、我没有看到问题已经得到解答、很明显有一些我没有正确理解 GND 线上线圈的使用情况。 以下是修订版本:

    在本设计中、我使用了 120R 端接电阻器。 有可能吗? 如果未处于伪差分状态并需要将其移除、是否需要放置线路驱动器?

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    尊敬的  Theo,

    帕克在美国度假期间不在办公室、直至星期二 2/17。 您可以期待下周得到回复。 感谢您的耐心。

    Ethan

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    尊敬的  Theo,

    谢谢你的耐心,当我离开办公室.  

    修改后的伪差分设置看起来很好。 伪差分方式的缺点是会损失差分总线的很多 EMI/EMC 优势、而 VOD 本质上会减半。 因此,基本上您的总线最大长度可能会受到影响 — 也就是说,当一切正常时,1MHz 的最大长度通常为数百米 — 因此这不一定会导致应用出现问题-但应该进行实际测试、以了解使用所选电缆的系统如何工作等...  

    对于二极管,我会将一个放在本地节点内,另一个放在共享总线上 — 但正如我所说,您可能只需一个二极管就可以离开-但是我会为本地二极管至少保留一个垫。  

    最后、我认为此应用不需要反激式电容器、以前我从未真正见过它们与这些器件一起使用、这可能会影响信号完整性。 差分电容器有助于处理瞬变、但通常滤波电容器 (A 或 B 连接到 GND) 更好地消除差分和共模两种噪声、在这种情况下、差分电容器实际上仅针对差分噪声。  

    如果您有任何其他问题、请告诉我!

    此致、

    Parker Dodson

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    尊敬的 Parker:

    非常感谢你的时间(和没有 PB 的假期,我希望这是一个好的:))。

    感谢您、我想我现在有足够的输入来生产原型。 我添加了一些焊接跳线、以便能够在伪差分和实差分之间重新路由。 我对 EMI 几乎没有担心、如果伪差分设置正常工作、这意味着器件的整个主体是真实的 GND、将整个 PCB 和 Vin 引脚包围在法拉第笼中。 与充电器的连接将非常短。 两个触点引脚和一对短导线、用于将引脚连接到充电器的 PCB。 我认为器件的 THVD8000 与充电器的 THVD8000 之间的距离将小于 20cm。

    我将在电容器后面放置一个额外 TSV 二极管封装、以防万一。 当我收到原型时、我将进行一些连接/断开测试、以检查线圈放电是否是问题。 但愿不是如此、我就不会冒使用额外电容器/二极管扰动信号的风险。

    此致、

    Theo

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    尊敬的  Theo,

    听起来很棒! 如果您有任何其他问题、请随时联系我们、我们将了解我们可以做什么!

    此致、

    Parker Dodson