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ADC输入保护的设计经验详细说明
李霞
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在设计 ADC 电路时，一个常见的问题是“如何在过压条件下保护 ADC 输入”，那么在过压情形中可能出现哪些问题呢？发生的频率又是怎样的呢？有木有潜在的补救措施呢？ …… 针对上述问题，让我们进行一次深入分析吧！ ADC 输入的过驱一般发生于驱动放大器电轨远远大于 ADC 最大输入范围时，例如，放大器采用±15 V 供电，而 ADC 输入为 0 至 5V。高压电轨用于接受±10 V 输入，同时给 ADC 前端信号调理 / 驱动级供电，这在工业设计中很常见，PLC 模块就是这种情况。如果在驱动放大器电轨上发生故障状况，则可因超过最大额定值而损坏 ADC，或在多 ADC 系统中干扰同步 / 后续转换。这里讨论的重点虽然是如何保护精密 SAR ADC，如 AD798x 系列，但是，这些保护措施同样适用于其他 ADC 类型哦~
上图电路代表 AD798X（例如 AD7980）系列 PulSAR® ADC 中的情形。输入端、基准电压源和接地之间存在保护二极管。这些二极管能够处理最高 130mA 的大电流，但仅能持续数毫秒，不适用于较长时间或重复过压。在一些产品上，例如 AD768X/AD769x（如 AD7685、AD7691）系列器件，保护二极管连接至 VDD 引脚而不是 REF。在这些器件上，VDD 电压始终大于或等于 REF。一般而言，此配置更有效，因为 VDD 是更稳定的箝位电轨，对干扰不敏感。图 1 中，如果放大器趋向+15 V 电轨，则连接至 REF 的保护二极管将开启，放大器将尝试上拉 REF 节点。如果 REF 节点未通过强驱动器电路驱动，则 REF 节点（及输入）的电压将升至绝对最大额定电压以上，一旦电压在该过程中超过器件的击穿电压， ADC 可能受损。图 3 举例说明了 ADC 驱动器趋向 8 V 而使基准电压 （5 V）过驱的情况。许多精密基准电压源无灌电流能力，这在此情形中会造成问题。或者，基准驱动电路非常强劲，足以将基准电压保持在标称值附近，但仍将偏离精确值。在共用一个基准电压源的同步采样多 ADC 系统中，其他 ADC 上的转换不精确，因为该系统依赖于高度精确的基准电压。如果故障状况恢复时间较长，后续转换也可能不精确。缓解此问题有几种不同方法。最常见的是使用肖特基二极管（BAT54 系列），将放大器输出钳位在 ADC 范围。相关说明详见图 2 和图 3。如果适合应用需求，也可使用二极管将输入箝位在放大器。
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