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  當(dāng)驅(qū)動(dòng)放大器的電軌遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于ADC的最大輸入范圍時(shí)，ADC輸入的過(guò)度驅(qū)動(dòng)通常發(fā)生。例如，放大器由±15V供電，而ADC輸入為0至5V。高壓電軌用于接受±10V輸入，同時(shí)為ADC前端信號(hào)調(diào)節(jié)/驅(qū)動(dòng)級(jí)供電，這在工業(yè)設(shè)計(jì)中很常見，PLC模塊就是這樣。如果驅(qū)動(dòng)放大器電軌出現(xiàn)故障，ADC可能會(huì)因超過(guò)最大額定值而損壞，或干擾多ADC系統(tǒng)中的同步/后續(xù)轉(zhuǎn)換。

  雖然這里討論的重點(diǎn)是如何保護(hù)精密SARADC，如AD798x系列，但這些保護(hù)措施也適用于其他ADC類型。

考慮圖1中的情況

圖1.精密ADC設(shè)計(jì)的典型電路圖。

  上圖電路代表ADC系列AulSA，如A7980。保護(hù)二極管存在于輸入端、基準(zhǔn)電壓源和接地之間。這些二極管可以處理高達(dá)130mA的大電流，但只能持續(xù)幾毫秒，不適合長(zhǎng)時(shí)間或重復(fù)過(guò)壓。在某些產(chǎn)品中，如AD768X/AD769x(如AD7685、AD7691)系列設(shè)備，保護(hù)二極管連接到VDD引腳而不是REF。VDD電壓總是大于或等于REF。由于VDD是一種更穩(wěn)定的夾位電軌，對(duì)干擾不敏感，因此該配置一般更有效。

  如果放大器傾向于+15V電軌，則連接到REF的保護(hù)二極管將打開，放大器將嘗試上拉REF節(jié)點(diǎn)。如果REF節(jié)點(diǎn)不由強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，REF節(jié)點(diǎn)(和輸入)的電壓將上升到絕對(duì)最大額定電壓以上，一旦電壓超過(guò)設(shè)備的擊穿電壓，ADC可能會(huì)損壞。圖3顯示了ADC驅(qū)動(dòng)器傾向于8V，導(dǎo)致基準(zhǔn)電壓(5V)過(guò)度驅(qū)動(dòng)。在這種情況下，許多精密基準(zhǔn)電壓源無(wú)灌電流能力會(huì)造成問(wèn)題?；蛘?，基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電路非常強(qiáng)，足以將基準(zhǔn)電壓保持在標(biāo)稱值附近，但仍然偏離精確值。

  其他ADC上的轉(zhuǎn)換不準(zhǔn)確，因?yàn)樵撓到y(tǒng)依賴于高度精確的基準(zhǔn)電壓。若故障恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，后續(xù)轉(zhuǎn)換也可能不準(zhǔn)確。

有幾種不同的方法可以緩解這個(gè)問(wèn)題。最常見的是使用肖特基二極管(BAT54系列)將放大器輸出鉗位于ADC范圍內(nèi)。詳見圖2和圖3。如果適合應(yīng)用要求，也可以使用二極管將輸入位于放大器。

圖2.精密ADC設(shè)計(jì)的典型電路圖

  (加入肖特基二極管和齊納二極管保護(hù))

在這種情況下，肖特基二極管之所以被選中，是因?yàn)樗哂械驼?，可以?/span>ADC內(nèi)部保護(hù)二極管之前打開。如果內(nèi)部二極管部分打開，肖特基二極管后的串聯(lián)電阻也有助于將電流限制在ADC內(nèi)。對(duì)于額外的保護(hù)，如果基準(zhǔn)電壓源沒有/幾乎沒有灌溉電流能力，可以在基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)上使用齊納二極管或夾緊電路，以確?；鶞?zhǔn)電壓不會(huì)過(guò)度提高。5.6V齊納二極管用于5V基準(zhǔn)電壓源。

圖3.黃色=ADC輸入，

紫色=基準(zhǔn)電壓源。

肖特基二極管未添加到左側(cè)圖像中，

肖特基二極管添加到右側(cè)圖像中。

圖4.黃色=ADC輸入，

綠色=ADC驅(qū)動(dòng)器輸入，

紫色=基準(zhǔn)電壓源(交流耦合)

肖特基二極管未添加到左側(cè)圖像中，

肖特基二極管(BAT54S)加入右側(cè)圖像

  圖4中的示例顯示了肖特基二極管對(duì)ADC輸入(5V)的影響。小特基二極管接地，5V系統(tǒng)電軌能吸收電流。如果沒有肖特基二極管，當(dāng)輸入超過(guò)基準(zhǔn)電壓和地面電壓時(shí)，基準(zhǔn)電壓源會(huì)受到干擾。從圖中可以看出，肖特基二極管完全消除了基準(zhǔn)電壓源的干擾。

  應(yīng)注意肖特基二極管的反向泄漏電流，在正常運(yùn)行過(guò)程中可引入失真和非線性。反向泄漏電流受溫度影響很大，一般在二極管數(shù)據(jù)手冊(cè)中指定。小特基二極管是BAT54系列的好選擇(25°C時(shí)最大值為2μA，125°C時(shí)約100μA)。

一種完全消除過(guò)壓?jiǎn)栴}的方法是為放大器使用單電源電軌。這意味著，只要基準(zhǔn)電壓(最大輸入電壓)使用相同的電源電平(5V)，驅(qū)動(dòng)放大器就永遠(yuǎn)不會(huì)擺動(dòng)在地面電壓以下或最大輸入電壓以上。若基準(zhǔn)電路具有足夠的輸出電流和驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，則可直接用于放大器。圖5顯示了另一種可能性，即使用稍低的基準(zhǔn)電壓值(例如，使用5V電軌時(shí)為4.096V)，從而顯著降低電壓過(guò)驅(qū)能力。

圖5.典型的單電源精密ADV設(shè)計(jì)電路圖

  這些方法可以解決輸入過(guò)度驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題，但成本是ADC的輸入振幅和范圍有限，因?yàn)榉糯笃饔猩舷乱蟆Ｍǔ?，軌道到軌輸出放大器可以在軌?0mv以上，但也必須考慮輸入裕度要求，可能是1V或更高，這將進(jìn)一步限制緩沖器和單位增益配置中的振幅。該方法提供了最簡(jiǎn)單的解決方案，因?yàn)樗恍枰~外的保護(hù)元件，但可能需要軌道軌道輸入/輸出(RRIO)放大器。

  放大器與ADC輸入之間的RC濾波器中的串聯(lián)R也可用于在過(guò)壓期間限制ADC輸入的電流。但在使用這種方法時(shí)，需要選擇限流能力和ADC性能。大串聯(lián)R提供更好的輸入保護(hù)，但會(huì)導(dǎo)致ADC性能大失真。如果輸入信號(hào)帶寬較低，或者ADC不以全吞吐速度運(yùn)行，則這種選擇是可行的，因?yàn)榇?lián)R是可以接受的?？山邮艿腞大小可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。

  如上所述，ADC輸入沒有保護(hù)方法，但根據(jù)應(yīng)用要求，可以采用不同的單獨(dú)或組合方法，以相應(yīng)的性能選擇提供所需的保護(hù)水平。