【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(hù)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(jiǎn)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(hù)技術(shù)，以確保ADC輸入電壓不超過(guò)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(hù)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(jiǎn)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(hù)技術(shù)，以確保ADC輸入電壓不超過(guò)轉(zhuǎn)換器的電源電壓。
ADC的輸入緩沖器和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)對(duì)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(jì)人員應(yīng)查看此信息。自“ ADC輸入緩沖器”發(fā)布以來(lái)，對(duì)與ADC輸入保護(hù)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(hù)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(guò)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(lái)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(wú)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(guò)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(huì)通過(guò)施加大于電源軌的電壓而引起閂鎖。上電時(shí)，由于啟動(dòng)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(shí)電源電壓的輸入電壓時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。當(dāng)電源電壓超過(guò)絕對(duì)最大規(guī)定值時(shí)，可能會(huì)發(fā)生不太常見(jiàn)但同樣具有破壞性的SCR條件。設(shè)計(jì)人員可以使用幾種保護(hù)技術(shù)，每種保護(hù)技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。
保護(hù)技術(shù)
輸入保護(hù)的目的是確保ADC輸入電壓永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)轉(zhuǎn)換器的電源電壓。這是通過(guò)在“外部”世界與ADC輸入之間的運(yùn)算放大器緩沖器實(shí)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
設(shè)計(jì)工程師可以使用許多高質(zhì)量的運(yùn)算放大器作為輸入緩沖器，其中大多數(shù)設(shè)計(jì)為使用高于+/- 5 V的電源供電。使用所需的多個(gè)電源會(huì)帶來(lái)潛在的問(wèn)題。在信號(hào)幅度偏移，瞬態(tài)上電條件或運(yùn)算放大器故障期間，ADC模擬輸入可能會(huì)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(gè)電源的二極管鉗位輸入緩沖電路。為CR1-CR4選擇的二極管類(lèi)型至關(guān)重要，必須使用以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估。
1.正偏電壓特性。肖特基二極管是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兙哂械偷恼蚱秒妷禾匦浴?/div>
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(huì)隨溫度而變化，并且必須在預(yù)期的溫度工作范圍內(nèi)進(jìn)行評(píng)估。
3.反向偏置電容。與電壓有關(guān)的結(jié)電容會(huì)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(hù)的目標(biāo)也可以通過(guò)使用與轉(zhuǎn)換器相同的電源為輸入緩沖器供電來(lái)實(shí)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(huì)超過(guò)ADC的電源電壓。但是，為CS5336實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)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(yùn)算放大器都沒(méi)有+/- 5 V電源的輸出能力。
由于音頻信號(hào)的瞬態(tài)特性，數(shù)字音頻系統(tǒng)通常在低于滿(mǎn)量程的10到20 dB的平均水平下運(yùn)行。這是為了留有足夠的凈空來(lái)處理高幅度瞬態(tài)信號(hào)。由于調(diào)節(jié)器公差而引起的滿(mǎn)量程失真的增加可以認(rèn)為是微不足道的。如果需要，可使用2％的穩(wěn)壓器來(lái)避免這種失真的增加。
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