为什么在低压应用中选择高精度电压钳位?

电压钳位电路用于保护电子系统免受电源和信号线上不必要的电压瞬变。下面描述了一个需要高精度电压箝位的示例应用程序。

精确ADC设计图。图片由模拟设备

ADC驱动器提供的模拟信号可以超过ADC的指定输入范围，因为驱动器的工作电压为±15v，而ADC的工作电源为5v。过电压状态会对ADC造成永久性损伤或降低其性能。

如上所述，ADC输入通常有内部保护二极管，当输入电压超过指定范围时进行传导。然而，这些二极管不能在很长一段时间内承载大电流。因此，需要某种外部过电压保护。

为什么高精度电压箝位往往是理想的解决方案?

我们需要匹配模拟输入到ADC的输入范围。没有高精度箝位电路，模拟信号应该被限制在低于ADC参考电压的保守水平。这将是一种浪费ADC的动态范围和解决。

传统的解决方案

一对齐纳或肖特基二极管可用于驱动器输出，以保护ADC免受过压条件。与ADC内部二极管相比，这些外部二极管能够实现更高的连续电流传导。

提供输入保护的夹子。图片由德州仪器公司

要想有一个有效的钳位电路，二极管的性能应考虑几个方面。当钳位电路未激活时，二极管应具有低的反向漏电流，以避免增加系统功耗。

此外，二极管在信号通路上增加的寄生电容可以忽略不计。此外，附加的寄生电容不应随外加电压水平发生显著变化。这是重要的，因为寄生电容的非线性行为可以降低系统的整体谐波失真。

另一个重要的参数是二极管的反向恢复时间。通过快速反向恢复，当模拟信号返回到ADC输入范围时，二极管可以立即关闭。这允许系统在过电压条件下迅速恢复正常运行。

还有许多其他类型的高速电压钳，每一种都提供了不同的优缺点马克西姆集成和模拟设备．

低电压、低功率箝位的挑战

齐纳二极管不适合低电压，低功率钳位电路有几个原因。

首先，齐纳二极管产生相当大的电流。精密齐纳二极管可以产生高达50 μ a的漏电流(有些甚至可以达到20 mA)。这不能为我们提供一个可接受的保护解决方案的低功耗电路，只有几百纳米安培。

其次，即使是精密齐纳二极管也不能提供精确定义的阈值电压。他们的阈值电压只有±2%的精度，不能满足无线发射机、电池管理系统、超级电容器和能量收集应用中常见的许多敏感电路的需求。

最后，齐纳二极管通常不能提供非常低的箝位电压(例如，低至1.6 V)。

来自高级线性设备的低电压，低功率电压钳

先进线性器件(ALD)最近宣布了一种低功耗、高精度夹紧解决方案SABMBOVP，用于运行在5v或以下的低压电子系统。

这些模块基于公司专有的EPAD技术，并采用极低电压精度增强模式mosfet来实现低功耗、低电压箝位解决方案。

原理图SABMBOVP2XX如下所示:

SABMBOVP2XX原理图。图片由“肾上腺脑白质退化症”

该模块监控输入电压并打开输出晶体管以钳位预定值的电压。这种新的解决方案据说在性能的几个不同方面优于传统的齐纳钳位电路。它的静态电流小于100毫安，并提供更精确的阈值电压。

响应时间小于100毫安，浪涌电流处理能力大于100毫安。该模块提供的钳位电压远低于齐纳解决方案。

值得注意的是，该模块不需要任何额外的组件，如电阻分压器，缓冲电路，或电压调节器，通常需要使用齐纳箝位电路。

因此，新的解决方案可以降低复杂度和功耗。