本文主要介紹了模數轉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據采集。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技術(shù)，以確保ADC輸入電壓不超過(guò)轉換器的電源電壓。

 

ADC的輸入緩沖器和保護電路的設計對于優(yōu)化和可靠的數據采集系統至關(guān)重要。Crystal Semiconductor的應用筆記“ ADC輸入緩沖器”很好地覆蓋了這一領(lǐng)域，系統設計人員應查看此信息。自“ ADC輸入緩沖器”發(fā)布以來(lái)，對與ADC輸入保護有關(guān)的其他信息和電路的要求很多。本應用筆記介紹了適用于CS5336系列轉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模數轉換器的其他系列。

 

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構（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 )出現問(wèn)題。當電源電壓超過(guò)絕對最大規定值時(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(diǎn)。

 

保護技術(shù)

 

輸入保護的目的是確保ADC輸入電壓永遠不會(huì )超過(guò)轉換器的電源電壓。這是通過(guò)在“外部”世界與ADC輸入之間的運算放大器緩沖器實(shí)現的，然后將ADC輸入電壓偏移限制在轉換器電源電壓所限制的范圍內。

 

方法一

設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，其中大多數設計為使用高于+/- 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(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，必須使用以下標準進(jìn)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，并可能導致失真。漏電流也會(huì )隨溫度而變化，并且必須在預期的溫度工作范圍內進(jìn)行評估。

 

3.反向偏置電容。與電壓有關(guān)的結電容會(huì )引起失真，并且與電路組件的值相比必須很小。

 

方法二

 

輸入保護的目標也可以通過(guò)使用與轉換器相同的電源為輸入緩沖器供電來(lái)實(shí)現，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)現滿(mǎn)量程數字輸出所需的模擬電壓通常為+/- 3.68 V，并且大多數運算放大器都沒(méi)有+/- 5 V電源的輸出能力。

 

 

由于音頻信號的瞬態(tài)特性，數字音頻系統通常在低于滿(mǎn)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(lái)處理高幅度瞬態(tài)信號。由于調節器公差而引起的滿(mǎn)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％的穩壓器來(lái)避免這種失真的增加。