在設計ADC電路時，一個常見的問題是如何在過壓條件下保護ADC輸入。ADC輸入的保護具有許多情況和潛在解決方案。所有供應商的ADC都在此方面具有相似需求。本文將深入分析過壓情形中可能出現(xiàn)的問題、發(fā)生頻率及潛在的補救措施。

ADC輸入的過驅一般發(fā)生于驅動放大器電軌遠遠大于ADC最大輸入范圍時，例如，放大器采用±15 V供電，而ADC輸入為0至5V。高壓電軌用于接受±10 V輸入，同時給ADC前端信號調理/驅動級供電，這在工業(yè)設計中很常見，PLC模塊就是這種情況。如果在驅動放大器電軌上發(fā)生故障狀況，則可因超過最大額定值而損壞ADC，或在多ADC系統(tǒng)中干擾同步/后續(xù)轉換。本文將重點討論如何保護精密SAR ADC，如AD798x系列，但也適用于其他ADC類型。

試考慮圖1中的情形。

圖1.精密ADC設計的典型電路圖

本電路代表AD798X（例如AD7980）系列PulSAR ADC中的情形。輸入端、基準電壓源和接地之間存在保護二極管。這些二極管能夠處理最高130mA的大電流，但僅能持續(xù)數(shù)毫秒，不適用于較長時間或重復過壓。在一些產品上，例如AD768X/AD769x（如AD7685、AD7691）系列器件，保護二極管連接至VDD引腳而不是REF。在這些器件上，VDD電壓始終大于或等于REF。一般而言，此配置更有效，因為VDD是更穩(wěn)定的箝位電軌，對干擾不敏感。

圖1中，如果放大器趨向+15 V電軌，則連接至REF的保護二極管將開啟，放大器將嘗試上拉REF節(jié)點。如果REF節(jié)點未通過強驅動器電路驅動，則REF節(jié)點（及輸入）的電壓將升至絕對最大額定電壓以上，一旦電壓在該過程中超過器件的擊穿電壓，ADC可能受損。圖3舉例說明了ADC驅動器趨向8 V而使基準電壓(5 V)過驅的情況。許多精密基準電壓源無灌電流能力，這在此情形中會造成問題。或者，基準驅動電路非常強勁，足以將基準電壓保持在標稱值附近，但仍將偏離精確值。

在共用一個基準電壓源的同步采樣多ADC系統(tǒng)中，其他ADC上的轉換不精確，因為該系統(tǒng)依賴于高度精確的基準電壓。如果故障狀況恢復時間較長，后續(xù)轉換也可能不精確。

緩解此問題有幾種不同方法。最常見的是使用肖特基二極管（BAT54系列），將放大器輸出鉗位在ADC范圍。相關說明詳見圖2和圖3。如果適合應用需求，也可使用二極管將輸入箝位在放大器。

圖2.精密ADC設計的典型電路圖（添加了肖特基二極管和齊納二極管保護)

在此情況中，之所以選擇肖特基二極管，是因為其具有低正向導通壓降，可在ADC內的內部保護二極管之前開啟。如果內部二極管部分開啟，肖特基二極管后的串聯(lián)電阻也有助于將電流限制在ADC內。對于額外保護，如果基準電壓源沒有/幾乎沒有灌電流能力，則可在基準節(jié)點上采用齊納二極管或箝位電路，以保證基準電壓不被過度拉高。在圖2中，為5V基準電壓源使用了5.6V齊納二極管。

P2 保護ADC輸入

圖3.黃色 = ADC輸入，紫色 = 基準電壓源。左側圖像未添加肖特基二極管，右側圖像添加了肖特基二極管。

圖4.黃色 = ADC輸入，綠色 = ADC驅動器輸入，紫色 = 基準電壓源（交流耦合）。左側圖像未添加肖特基二極管。右側圖像添加了肖特基二極管(BAT54S)。