对电子体系可靠性的高要求,特别是在工业环境中,不断给开发人员带来巨大的应战。过压维护是一个要害的规划考量要素和应战,由于要维护体系不受过压影响一般需求用到更多部件,可是这些附加部件常常会对体系产生影响,在最坏的情况下,甚至会产生过错信号。除此之外,这些部件会额定添加本钱,还会进一步加剧空间约束问题。因而,在规划维护电路时,传统的处理方案往往需求在体系精度和维护等级之间做出退让。
一般,常见的简略规划办法是运用外部维护二极管,一般是瞬态电压抑制器(TVS)二极管,安装在信号线和电源线或接地线之间。TVS二极管适当有用,由于他们能够快速对瞬态的电压峰值作出反应。图1左边所示的便是这种类型的外部过压维护。
图1.选用额定的分立式组件的传统型过压维护规划
假如产生正瞬态电压脉冲过压,电流会经过D1流向VDD以箝位此正瞬态电压脉冲,电压因而受限,箝位电压等于VDD加上二极管上的正向电压。假如脉冲是负的,而且小于VSS,那么上述功用相同适用,仅仅换作经过D2钳位到VSS。可是,假如不加以约束过压引起的走漏电流,则可能会损坏二极管。出于这个原因,会在途径中加装一个限流电阻。在十分恶劣的环境条件下,输入端的双向TVS二极管一般用于增强维护。
这种类型的维护电路的缺陷包含添加信号上升和下降时间以及电容效应。此外,当电路处于断电状况时,不供给任何维护。
实践的器材,例如模数转换器(ADC)、运算放大器等,一般都内置维护功用。如图1右侧所示,此维护功用由开关架构构成。从图1还能够看出,电源轨两边都配有输入端和输出端维护二极管。这种设置存在缺陷,当起浮信号在断电状况(IC没有通电)下出现时,开关可能会像处于活动状况相同(即便设置为封闭),电流会流经二极管和电源轨。这种现象将答应电流经过信号线路,导致信号线路失掉维护。
毛病维护开关架构
处理上述问题的一种办法是运用配有双向ESD单元的毛病维护开关架构,如图2所示。现在,ESD单元会经过不断比较输入电压和VDD或VSS上的电压来箝位瞬时电压,而非运用输入端TVS二极管。长期过压时,下流开关会主动翻开。如此一来,输入电压不再受箝位在电源轨道上的维护二极管约束,而是由开关的最大额定电压约束。除此以外,还能够完成更高的体系鲁棒性和可靠性,且不会对实践信号及其精度产生影响。此外,开关关断时走漏电流十分低,所以也不需求运用额定的限流电阻。
图2.配有集成式双向ESD单元的过压维护
ADI公司(ADI)供给的四通道单刀单掷(SPST)开关ADG5412F选用了这种输入结构。不管现有电源多大,此开关都能够接受高达±55 V的永久过压。这四个通道每个通道上集成的ESD单元都能够箝位高达5.5 kV的瞬态电压。在过压条件下,只要受影响的通道会翻开,其他通道持续正常作业。
定论
得益于这种过压维护开关,电路能够大大简化。与传统的分立式处理方案比较,不管是在保证精细信号链的超卓开关功能方面,仍是在优化空间运用率方面,这种处理方案都具有显着优势。因而,ADG5412F供给的过压维护特别适用于恶劣环境下的高精度丈量使用。
作者简介
Thomas Brand于2015年参加德国慕尼黑的ADI公司,其时他还在攻读硕士。结业后,他参加了ADI公司的培训生项目。2017年,他成为一名现场使用工程师。Thomas为中欧的大型工业客户供给支撑,并专心于工业以太网范畴。他结业于德国莫斯巴赫的联合教育大学电气工程专业,之后在德国康斯坦茨使用科学大学取得世界出售硕士学位。