ADC输入保护的设计经验

图1. 精密ADC设计的典型电路图

    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。

图2. 精密ADC设计的典型电路图

（添加了肖特基二极管和齐纳二极管保护)

    在此情况中，之所以选择肖特基二极管，是因为其具有低正向导通压降，可在ADC内的内部保护二极管之前开启。如果内部二极管部分开启，肖特基二极管后的串联电阻也有助于将电流限制在ADC内。对于额外保护，如果基准电压源没有/几乎没有灌电流能力，则可在基准节点上采用齐纳二极管或箝位电路，以保证基准电压不被过度拉高。在图2中，为5V基准电压源使 用了5.6V齐纳二极管。

图3. 黄色 = ADC输入，

紫色 = 基准电压源。

左侧图像未添加肖特基二极管，