对敏感型电子信号输入实施过压保护的方法

　　对电子系统可靠性的高要求，特别是在工业环境中，不断给开发人员带来巨大的挑战。过压保护是一个关键的设计考量因素和挑战，因为要保护系统不受过压影响通常需要用到更多部件，但是这些附加部件经常会对系统产生影响，在最坏的情况下，甚至会产生错误信号。除此之外，这些部件会额外增加成本，还会进一步加重空间限制问题。因此，在设计保护威廉希尔官方网站 时，传统的解决方案往往需要在系统精度和保护等级之间做出妥协。
　　通常，常见的简单设计方法是使用外部保护二极管，通常是瞬态电压抑制器（TVS）二极管，安装在信号线和电源线或接地线之间。TVS二极管相当有用，因为他们可以快速对瞬态的电压峰值作出反应。图1左侧所示的就是这种类型的外部过压保护。
　　
　　图1.采用额外的分立式组件的传统型过压保护设计
　　如果发生正瞬态电压脉冲过压，电流会通过D1流向VDD以箝位此正瞬态电压脉冲，电压因此受限，箝位电压等于VDD加上二极管上的正向电压。如果脉冲是负的，并且小于VSS，那么上述功能同样适用，只是换作通过D2钳位到VSS。但是，如果不加以限制过压引起的泄漏电流，则可能会损坏二极管。出于这个原因，会在路径中加装一个限流电阻。在非常恶劣的环境条件下，输入端的双向TVS二极管通常用于增强保护。
　　这种类型的保护威廉希尔官方网站 的缺点包括增加信号上升和下降时间以及电容效应。此外，当威廉希尔官方网站 处于断电状态时，不提供任何保护。
　　实际的器件，例如模数转换器（ADC）、运算放大器等，通常都内置保护功能。如图1右侧所示，此保护功能由开关架构构成。从图1还可以看出，电源轨两侧都配有输入端和输出端保护二极管。这种设置存在缺点，当浮动信号在断电状态（IC没有通电）下出现时，开关可能会像处于活动状态一样（即使设置为关闭），电流会流经二极管和电源轨。这种现象将允许电流通过信号线路，导致信号线路失去保护。

　　故障保护开关架构
　　解决上述问题的一种方法是使用配有双向ESD单元的故障保护开关架构，如图2所示。现在，ESD单元会通过不断比较输入电压和VDD或VSS上的电压来箝位瞬时电压，而非使用输入端TVS二极管。长时间过压时，下游开关会自动打开。如此一来，输入电压不再受箝位在电源轨道上的保护二极管限制，而是由开关的最大额定电压限制。除此以外，还可以实现更高的系统鲁棒性和可靠性，且不会对实际信号及其精度产生影响。此外，开关关断时泄漏电流非常低，所以也不需要使用额外的限流电阻。
　　
　　图2.配有集成式双向ESD单元的过压保护
　　ADI公司（ADI）提供的四通道单刀单掷（SPST）开关ADG5412F采用了这种输入结构。无论现有电源多大，此开关都可以承受高达±55 V的永久过压。这四个通道每个通道上集成的ESD单元都可以箝位高达5.5 kV的瞬态电压。在过压条件下，只有受影响的通道会打开，其他通道继续正常工作。

　　得益于这种过压保护开关，威廉希尔官方网站 可以大大简化。与传统的分立式解决方案相比，无论是在确保精密信号链的出色开关性能方面，还是在优化空间使用率方面，这种解决方案都具有明显优势。因此，ADG5412F提供的过压保护特别适用于恶劣环境下的高精度测量应用。