Comment protéger une entrée analogique de microprocesseur

[minosi]

Bonjour tout le monde,

J'ai bien besoin de vos conseils. Voici mon souci :

Après une initiation (sur le tard...) au monde des microprocesseurs... presque forcément ARDUINO donc, je viens de griller 2 ESP32 (S2mini).

Ceci très très probablement par surtension sur ses entrées analogiques.
Entre les Arduino, travaillant en 5V et tentatives sur ESP32, j'étais passé sans problème sur des Teensy (3.2) "5V tolérants".
Les ESP32, qui ne le sont pas, supportent du 3.3V +/-0.3V... c'est ce que j'ai certainement mal apprécié malgré les précautions d'usage : pont diviseur + diode Schottky sur chaque entrée analogique ce qui me vaut deux cadavres devant moi, là, c'est mieux si je vous épargne la photo.

Pour éviter une récidive j'aimerais assurer le coup et savoir sur quoi brancher la Schottky. Sur du 3.3V mais comment avoir un 3.3V FIABLE ? Fiable non pas en tension mais en capacité ("capable" pour parler à l'ancienne) d'absorber une surtension ?
Par exemple : si j'utilise la sortie 3.3 d'un step-down électronique, vu sa tripaille électronique semi-conductrice acceptera-il d'éponger la moindre surtension? Sinon, peut-on se fier à la pin 3.3V de l'ESP... mais qui a un step-down en amont ? Ou faut-il mettre le 3.3V en pull-down ?? (ça se fait ?)

Voilà vous savez tout. J'aimerais pouvoir en dire autant, alors merci beaucoup par avance pour toute explication et conseil (ou feu vert si le 3.3V de la carte est secure) !

Philippe S
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[Antoane]

Bonjour,

Quelques idées dans : https://forums.futura-sciences.com/e...stm32g431.html

En particulier, si tu ne traites pas de signaux trop rapides une simple résistance de 10k protège jusqu'a au moins 10 ou 100V de tension d'entrée. Supposant une capacité parasite de ~40pF, ca done une fréquence de coupure de l'ordre de 1/(2pi*R*C)~400kHz

Avec une résistance de 10k et une surtension de 5-3.3~1V, le courant injecté sur le Vcc n'est que de 100uA, il est sans doute absorbéaisément par le circuit alimenté. Si ce n'est pas le cas, on a plusieurs options :
- Clamping du Vcc
- Consommation articiellement accrue, par exemple en ajoutant une led
- utilisation d'un DCDC bidirectionnel pour générer le 3V3 (et supposant qu'il est alimenté par une source "suffisament" bidirectionelle). Les régulateurs linéaire ne sont pas bidirectionnels, et ne permettent typiquement pas d'aborber du courant. Les régulateurs à découpage utilisant uniquement une diode pour la phase de roue-libre (redressement asynchrone) ne sont pas bidirectionnels. Les régulateurs à découpage synchrones peuvent l'être, si leur controle l'autorise -- à vérifier dans la datasheet.

Les ESP32, qui ne le sont pas, supportent du 3.3V +/-0.3V... c'est ce que j'ai certainement mal apprécié malgré les précautions d'usage : pont diviseur + diode Schottky sur chaque entrée analogique ce qui me vaut deux cadavres devant moi, là, c'est mieux si je vous épargne la photo.

Peux-tu détailler le montage ? Avec des composants de bonne valeur, je ne vois pas pourquoi ca tuerait le ESP32.

[minosi]

Bonsoir Antoine,
c'est très sympa d'avoir pris le temps de m'expliquer tout ça.

J'ai bien lu le fil indiqué en lien. J'y lis "On pourrait aussi avoir une schotkky entre le GPIO et le Vcc, et une autre entre le GPIO et le GND" et c'est une surprise pour moi. Comment agit cette seconde Schottky ?

Je vois aussi cette notion de DCDC bidirectionnel qui rejoint il me semble mon souci par rapport aux step-down "à puce"... qui ne peuvent pas l'être n'est-ce pas ?

Et puis ceci : "Consommation artificiellement accrue, par exemple en ajoutant une led " je crois que oui mais juste pour être sûr est-ce la même chose que de mettre le 3.3V en pull-down ? Source DC bi ou mono-directionnelle, dans ce cas "no-matter" j'imagine ?

Concernant mon montage : il s'agit de mesurer la tension contre-électromotrice de locos miniatures, pour permettre une régulation de leur vitesse. Pour cela, jusque 4 entrées analogiques par carte doivent faire simultanément (obligatoire... mais en fait à tour de rôle bien sûr) des rafales de 6 mesures après une coupure générale des tensions moteur de 300microsecondes. Ceci 100 fois par seconde. La rapidité des ADC est donc importante. La reproductibilité est plus importante que la précision car les mesures sont très bruitées : pour mon usage les ESP32, même réputés mauvais pour ce qui est de leurs ADC, me conviennent très bien.
La tension nominale aux moteurs pouvant monter à 12V, sur les MCU sous 5V j'avais choisi un diviseur/2 de la FCEM compte tenu du fait qu'elle ne monte qu'à +/-8V grand max. La diode - entre point milieu du pont et 5V distribué - est donc susceptible de déverser mais assez exceptionnellement... notamment dans les cas accidentels, la FCEM étant captée aux rails !
Pour les ESP, j’envisage un rapport un tiers.

[jiherve]

bonsoir,
les photo des cadavres eussent été intéressantes car si on voit du cramé alors c'est du latch-up et là c'est chaud!
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pascal071]

Bonjour

Pour mesurer des tensions provenant de moteurs, j'opterais pour ça:
protège aussi des pics négatifs, et ne perturbe pas le 3v3.


cordialement

[Antoane]

Bonjour,

Les zener basse-tension ont des charactéristiques très "molles" : le courant de fuite bien avant 3.3V sera déjà suffisant pour engendrer une chute de tension notable dans la 12kOhm.

Je n'ai pas de modèle de zener 3.3V sous la main, donc j'ai fait avec celui d'une 4V7 - 1N750 (qui vaut ce qu'il vaut mais donne au moins une idée) :


La figure de gauche montre le courant inverse en fonctiond e la tension inverse, avec déjà 100uA (soit 1.2V dans 12kOhm) sous 3.5V, et 1mA sous 4.4V
La fgure de droite montre en vert la conséquence de la non perfection de la zener, vs ce qu'on aimerait avoir (en bleu).

[Pascal071]

bonjour

oui, c'est pas terrible.. mais les courbes se suivent à peu près jusqu'à Vin 10v ?

en diminuant les valeurs de R1 et R2, ça s'arrange?

[minosi]

Merci à Pascal pour la proposition. Et à nouveau à Anthoane... j'avais retenu que la Zener n'était pas le meilleur choix mais je n'avais jamais vu une telle démonstration, probante.

Pour répondre à une précédente remarque, non les ESP32 n'ont pas eu de latch-up ; ils sont morts sans plainte ni trace, on croirait même qu'ils vont parler mais décidément non...

[Forhorse]

De mémoire l'entrée analogique d'un ESP n'est pas en 3.3V mais en 1V, la majorité des modules ESP ayant un pont diviseur en entrée pour l'adapter à un signal en 3.3V