本文主要介紹了模數轉換器輸入緩沖器和保護技術，旨在最大程度地獲得可靠的數據采集。該文檔還簡要描述了SCR閂鎖（這是創建低阻抗路徑）以及不同的輸入保護技術，以確保ADC輸入電壓不超過轉換器的電源電壓。

 

ADC的輸入緩沖器和保護電路的設計對于優化和可靠的數據采集系統至關重要。Crystal Semiconductor的應用筆記“ ADC輸入緩沖器”很好地覆蓋了這一領域，系統設計人員應查看此信息。自“ ADC輸入緩沖器”發布以來，對與ADC輸入保護有關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“通過觸發CMOS輸入和輸出電路中固有的寄生四層雙極結構（SCR）來在電源軌之間創建低阻抗路徑”。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通過施加大于電源軌的電壓而引起閂鎖。上電時，由于啟動閂鎖所需的電流量，Crystal Semiconductor ADC極不易閂鎖。在加電期間施加大于瞬時電源電壓的輸入電壓時，可能會出現問題。當電源電壓超過絕對最大規定值時，可能會發生不太常見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，每種保護技術各有優缺點。

 

保護技術

 

輸入保護的目的是確保ADC輸入電壓永遠不會超過轉換器的電源電壓。這是通過在“外部”世界與ADC輸入之間的運算放大器緩沖器實現的，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。使用所需的多個電源會帶來潛在的問題。在信號幅度偏移，瞬態上電條件或運算放大器故障期間，ADC模擬輸入可能會承受比ADC電源更大的電壓。有幾種方法可以鉗位ADC輸入電壓。圖1顯示了利用多個電源的二極管鉗位輸入緩沖電路。為CR1-CR4選擇的二極管類型至關重要，必須使用以下標準進行評估。

 

1.正偏電壓特性。肖特基二極管是優選的，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。漏電流也會隨溫度而變化，并且必須在預期的溫度工作范圍內進行評估。

 

3.反向偏置電容。與電壓有關的結電容會引起失真，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使用與轉換器相同的電源為輸入緩沖器供電來實現，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-放大器的輸出不會超過ADC的電源電壓。但是，為CS5336實現滿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有+/- 5 V電源的輸出能力。

 

 

由于音頻信號的瞬態特性，數字音頻系統通常在低于滿量程的10到20 dB的平均水平下運行。這是為了留有足夠的凈空來處理高幅度瞬態信號。由于調節器公差而引起的滿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％的穩壓器來避免這種失真的增加。