【導讀】電源域隔離是電壓監控ADC系統的一個(gè)重要設計要點(diǎn)，不合理的電源域隔離可能導致芯片關(guān)不掉，芯片發(fā)生閂鎖，甚至芯片損壞的后果。這些問(wèn)題主要是由于芯片內部ESD保護二極管的限制，以及芯片上電時(shí)序的限制，充分考慮這兩點(diǎn)并且結合一些有效的隔離方法，可以較方便的設計出合理的電源域隔離方案。
圖1：電壓監控
上圖是一個(gè)典型的ADC電壓監控系統的設計，對比兩顆ADC，TLC4541與ADS7951的使用情況。下面分別從芯片手冊絕對最大值限制，輸入電壓隔離，輸出接口隔離幾個(gè)角度來(lái)理解電源域隔離設計。
芯片絕對最大值限制
絕對最大值限制，是指芯片管腳上電壓，或者芯片溫度，或者功率耗散等超過(guò)了絕對最大允許值，芯片可能會(huì )損壞的一種說(shuō)明。這里我們只考慮芯片管腳電壓的限制，圖2是TLC4541的限制，所有的輸入電壓都是以VDD為參考，假設VDD為0V，也就是掉電的情況下，其他管腳的電壓最大只能是正負0.3V，否則芯片有可能損壞。圖3是ADS7951的限制，模擬電源和數字電源之間沒(méi)有限制，但是輸入電壓和模擬供電電壓之間仍然有一個(gè)0.3V的限制，就是模擬供電為0，輸入管腳電壓不超過(guò)正負0.3V。在電路上可以等效為一個(gè)二極管串聯(lián)在輸入電壓管腳和模擬供電電壓管腳上面。
圖2：絕對最大值限制（TLC4541）
圖3：絕對最大值限制（ADS7951）
隔離輸入電壓
由于絕對最大值的限制，圖1中的ADC如果要采集電池電壓的話(huà)，那么就必須保證ADC的模擬供電電壓5V一直存在，如果出于低功耗的考慮，5V需要關(guān)掉，那么在電池電壓和ADC之間需要使用一個(gè)隔離器件，否則有可能出現模擬供電電壓被抬升或者器件損壞的可能。模擬開(kāi)關(guān)或者繼電器可以實(shí)現將電池電壓與ADC輸入斷開(kāi)或者連接。TMUX154是專(zhuān)門(mén)為這種場(chǎng)景設計的模擬開(kāi)關(guān)，可以保證沒(méi)有供電的情況下，輸入輸出的I/O是高阻抗的（當VCC = 0 V時(shí)，支持斷電保護I/O引腳Hi-Z），達到隔離輸入電壓的目的。
隔離數字接口
ADC的數字接口通常與MCU連接，如果MCU一直有電，但是ADC可能掉電進(jìn)入低功耗，那么電壓經(jīng)過(guò)MCU和ADC內部的ESD二極管會(huì )泄漏到ADC的內部，這樣會(huì )導致ADC關(guān)不掉或者閂鎖效應。所以如果要保證MCU運行但是ADC斷電進(jìn)入低功耗模式，需要使用數字接口隔離器件，這里所指的隔離器件不是光耦或者磁偶一類(lèi)的高壓隔離器件，而僅僅是電平隔離器件，比如很多的電平轉換或者緩沖器芯片，例如SN74AVC4T774，可以支持沒(méi)有供電時(shí)，輸出為高阻狀態(tài)（IOFF支持部分斷電模式操作）。
總結
本文主要討論了電壓監控ADC系統中輸入電壓，輸出接口隔離的問(wèn)題，通過(guò)認識芯片的絕對最大值限制，探討了使用模擬開(kāi)關(guān)隔離輸入電壓，使用電平轉換器件隔離輸出接口的方法，為系統提供電源域的隔離。
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