ADC 输入缓冲器和保护技术

接线图 2024年01月26日 10:48 229 admin

本应用笔记介绍了专为最大化且可靠的数据采集而设计的模数转换器输入缓冲器和保护技术。该文档还简要描述了 SCR 闩锁以及不同的输入保护技术。
本应用笔记介绍了专为最大化且可靠的数据采集而设计的模数转换器输入缓冲器和保护技术。该文档还简要介绍了 SCR 闩锁（即创建低阻抗路径）以及不同的输入保护技术，以保证 ADC 输入电压不超过转换器的电源电压。
ADC 输入缓冲器和保护电路的设计对于优化且可靠的数据采集系统至关重要。Crystal Semiconductor 应用笔记“ADC 输入缓冲器”很好地涵盖了这一领域，系统设计人员应查看此信息。自从《ADC 输入缓冲器》出版以来，出现了许多关于 ADC 输入保护相关附加信息和电路的请求。本应用笔记介绍了适用于 CS5336 系列转换器的缓冲/保护电路。所描述的技术同样适用于其他系列的 Crystal 模数转换器。
可控硅闩锁
SCR 闩锁被定义为“通过触发 CMOS 输入和输出电路中固有的寄生四层双极结构 (SCR)，在电源轨之间创建低阻抗路径”。这是一种自维持条件，一旦锁存，无论 I/O 引脚电压如何，CMOS 器件都会保持这种状态，直到电源电压被移除。闩锁期间的过多功耗也可能损坏器件。通过施加高于电源轨的电压，强制电流进入 CMOS 器件的输入或输出通常会导致闩锁。当通电时，Crystal Semiconductor ADC 极易受到闩锁的影响，因为启动闩锁所需的电流量很大。当加电期间施加的输入电压大于瞬时电源电压时，可能会出现问题。当电源电压超过绝对最大指定值时，可能会出现不太常见但同样具有破坏性的 SCR 状况。设计者可以使用多种保护技术，每种技术都有各自的优点和缺点。
防护技术
输入保护的目标是保证 ADC 输入电压永远不会超过转换器的电源电压。这是通过“外部”世界和 ADC 输入之间的运算放大器缓冲器来实现的，然后将 ADC 输入电压偏移限制在转换器电源电压所限定的范围内。方法一

有许多高质量运算放大器可供设计工程师用作输入缓冲器，其中大多数设计为采用大于 +/- 5 V 的电源供电。使用所需的多个电源会带来潜在问题。在信号幅度偏移、瞬态上电条件或运算放大器故障期间，ADC 模拟输入可能会遇到比 ADC 电源更大的电压。有多种方法可用于钳位 ADC 输入电压。图 1 显示了使用多个电源的二极管钳位输入缓冲器电路。为 CR1-CR4 选择的二极管类型至关重要，必须使用以下标准进行评估。

1. 正向偏置电压特性。肖特基二极管因其低正向偏置电压特性而成为首选。
2. 反向偏置漏电流。电压相关漏电流的影响与电路阻抗成正比，并可能导致失真。漏电流也会随温度变化，必须在预期的工作温度范围内进行评估。
3. 反向偏置电容。电压相关的结电容可能会导致失真，并且与电路元件值相比必须是微不足道的。
方法二输入保护的目标也可以通过使用与转换器相同的电源为输入缓冲器供电来实现，如图4所示。该电路比图1的电路需要更少的元件，并且使用公共电源保证了放大器输出不会超过 ADC 电源电压。然而，CS5336 实现满量程数字输出所需的模拟电压通常为 +/- 3.68 V，而大多数运算放大器不具备 +/- 5 V 电源的输出能力。