圖4. 黃色 = ADC輸入,綠色 = ADC驅(qū)動(dòng)器輸入,紫色 = 基準(zhǔn)電壓源(交流耦合)。左側(cè)圖像未添加肖特基二極管。右側(cè)圖像添加了肖特基二極管(BAT54S)。
需要注意肖特基二極管的反向漏電流,此電流在正常運(yùn)行期間可引入失真和非線性。該反向漏電流受溫度影響很大,一般在二極管數(shù)據(jù)手冊(cè)中指定。BAT54系列肖特基二極管是不錯(cuò)的選擇(25°C時(shí)最大值為2μA,125°C時(shí)約100μA)。
完全消除過(guò)壓?jiǎn)栴}的一種方式是為放大器使用單電源電軌。這意味著,只要為基準(zhǔn)電壓(最大輸入電壓)使用相同電源電平(本例中為5V),驅(qū)動(dòng)放大器就絕不會(huì)擺動(dòng)至地電壓以下或最大輸入電壓以上。如果基準(zhǔn)電路具有足夠的輸出電流和驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度,則可直接用來(lái)為放大器供電。圖5中顯示了另一種可能性,也就是使用略低的基準(zhǔn)電壓值(例如,使用5 V電軌時(shí)為4.096 V),從而顯著降低電壓過(guò)驅(qū)能力。

圖5. 單電源精密ADV設(shè)計(jì)的典型電路圖。
這些方法可解決輸入過(guò)驅(qū)的問(wèn)題,但代價(jià)是ADC的輸入擺幅和范圍受限,因?yàn)榉糯笃鞔嬖谏显A亢拖略A恳?。通常,軌到軌輸出放大器可在電軌十幾mV內(nèi),但也必須考慮輸入裕量要求,可能為1 V或更高,這會(huì)將擺幅進(jìn)一步限制在緩沖器和單位增益配置內(nèi)。該方法提供了最簡(jiǎn)單的解決方案,因?yàn)椴恍枰~外保護(hù)元件,但依賴正確的電源電壓,可能還需要軌到軌輸入/輸出(RRIO)放大器。
放大器與ADC輸入之間的RC濾波器中的串聯(lián)R也可用于在過(guò)壓狀況期間限制ADC輸入處的電流。不過(guò),使用此方法時(shí)需要在限流能力與ADC性能做出取舍。較大的串聯(lián)R提供較佳的輸入保護(hù),但會(huì)導(dǎo)致ADC性能出現(xiàn)較大失真。如果輸入信號(hào)帶寬較低,或者ADC不在滿吞吐速率下運(yùn)行,這種取舍可行,因?yàn)榇饲闆r下串聯(lián)R可以接受。應(yīng)用可接受的R大小可通過(guò)實(shí)驗(yàn)方式確定。
如上文所述,保護(hù)ADC輸入沒(méi)有成法,但根據(jù)應(yīng)用要求,可采用不同的單獨(dú)或組合方法,以相應(yīng)的性能取舍提供所需的保護(hù)水平。