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SCR閂鎖及不同的輸入保護技術(shù)

發(fā)布時間:2021-08-30 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】本文主要介紹了模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入緩沖器和保護技術(shù),旨在最大程度地獲得可靠的數(shù)據(jù)采集。該文檔還簡要描述了SCR閂鎖(這是創(chuàng)建低阻抗路徑)以及不同的輸入保護技術(shù),以確保ADC輸入電壓不超過轉(zhuǎn)換器的電源電壓。
 
本文主要介紹了模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入緩沖器和保護技術(shù),旨在最大程度地獲得可靠的數(shù)據(jù)采集。該文檔還簡要描述了SCR閂鎖(這是創(chuàng)建低阻抗路徑)以及不同的輸入保護技術(shù),以確保ADC輸入電壓不超過轉(zhuǎn)換器的電源電壓。
 
ADC的輸入緩沖器和保護電路的設(shè)計對于優(yōu)化和可靠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)至關(guān)重要。Crystal Semiconductor的應(yīng)用筆記“ ADC輸入緩沖器”很好地覆蓋了這一領(lǐng)域,系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)查看此信息。自“ ADC輸入緩沖器”發(fā)布以來,對與ADC輸入保護有關(guān)的其他信息和電路的要求很多。本應(yīng)用筆記介紹了適用于CS5336系列轉(zhuǎn)換器的合適的緩沖器/保護電路。所描述的技術(shù)同樣適用于Crystal模數(shù)轉(zhuǎn)換器的其他系列。
 
SCR閂鎖
 
SCR閂鎖被定義為“通過觸發(fā)CMOS輸入和輸出電路中固有的寄生四層雙極結(jié)構(gòu)(SCR)來在電源軌之間創(chuàng)建低阻抗路徑”。這是一種自我維持的條件,一旦被鎖存,CMOS器件將保持不變,無論I / O引腳電壓如何,直到電源電壓被移除為止。閂鎖期間過大的功耗也可能損壞設(shè)備。迫使電流流入CMOS器件的輸入或輸出通常會通過施加大于電源軌的電壓而引起閂鎖。上電時,由于啟動閂鎖所需的電流量,Crystal Semiconductor ADC極不易閂鎖。在加電期間施加大于瞬時電源電壓的輸入電壓時,可能會出現(xiàn)問題。當(dāng)電源電壓超過絕對最大規(guī)定值時,可能會發(fā)生不太常見但同樣具有破壞性的SCR條件。設(shè)計人員可以使用幾種保護技術(shù),每種保護技術(shù)各有優(yōu)缺點。
 
保護技術(shù)
 
輸入保護的目的是確保ADC輸入電壓永遠不會超過轉(zhuǎn)換器的電源電壓。這是通過在“外部”世界與ADC輸入之間的運算放大器緩沖器實現(xiàn)的,然后將ADC輸入電壓偏移限制在轉(zhuǎn)換器電源電壓所限制的范圍內(nèi)。
 
方法一
 
SCR閂鎖及不同的輸入保護技術(shù)
 
設(shè)計工程師可以使用許多高質(zhì)量的運算放大器作為輸入緩沖器,其中大多數(shù)設(shè)計為使用高于+/- 5 V的電源供電。使用所需的多個電源會帶來潛在的問題。在信號幅度偏移,瞬態(tài)上電條件或運算放大器故障期間,ADC模擬輸入可能會承受比ADC電源更大的電壓。有幾種方法可以鉗位ADC輸入電壓。圖1顯示了利用多個電源的二極管鉗位輸入緩沖電路。為CR1-CR4選擇的二極管類型至關(guān)重要,必須使用以下標(biāo)準(zhǔn)進行評估。
 
1.正偏電壓特性。肖特基二極管是優(yōu)選的,因為它們具有低的正向偏置電壓特性。
 
2.反向偏置泄漏電流。與電壓有關(guān)的泄漏電流的影響與電路阻抗成正比,并可能導(dǎo)致失真。漏電流也會隨溫度而變化,并且必須在預(yù)期的溫度工作范圍內(nèi)進行評估。
 
3.反向偏置電容。與電壓有關(guān)的結(jié)電容會引起失真,并且與電路組件的值相比必須很小。
 
方法二
 
輸入保護的目標(biāo)也可以通過使用與轉(zhuǎn)換器相同的電源為輸入緩沖器供電來實現(xiàn),如圖4所示。該電路所需的組件比圖1的電路少,并且使用通用電源可以確保op-放大器的輸出不會超過ADC的電源電壓。但是,為CS5336實現(xiàn)滿量程數(shù)字輸出所需的模擬電壓通常為+/- 3.68 V,并且大多數(shù)運算放大器都沒有+/- 5 V電源的輸出能力。
 
SCR閂鎖及不同的輸入保護技術(shù)
 
由于音頻信號的瞬態(tài)特性,數(shù)字音頻系統(tǒng)通常在低于滿量程的10到20 dB的平均水平下運行。這是為了留有足夠的凈空來處理高幅度瞬態(tài)信號。由于調(diào)節(jié)器公差而引起的滿量程失真的增加可以認為是微不足道的。如果需要,可使用2%的穩(wěn)壓器來避免這種失真的增加。
 
 
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