ADC 입력을위한 보호 클리퍼 회로를 어떻게 설계합니까?

ADC를 5V보다 높은 입력 전압으로부터 보호하고 싶습니다. 아래와 같이 출력을 갖도록 만들 수있는 가장 간단한 보호 회로는 무엇입니까?

아마도 가장 간단한 것은 간단한 제너 리미터입니다.

또한 음의 전압을 약 -0.7V로 제한하지만이 제한은 제대로 제어되지 않습니다.

편집 : R1에서 100 Ohms를 보여줍니다. 이것은 단지 기본값입니다. 샘플링하는 신호의 대역폭과 ADC의 입력 전류 요구 사항을 고려할 때 최대한 높은 값을 원합니다. 이 저항이 높을수록 과전압 상태에서 제너가 싱크해야하는 전류가 낮아 지므로 제너의 크기가 작아 질 수 있습니다. 제너와 병렬로 커패시터를 추가하여 R1과 결합하여 ADC의 앨리어싱 제거 필터를 형성 할 수 있습니다.

충분한 전류를 싱킹 할 수있는 5V 레일이 있고 한계 값이 5V보다 약간 높은 경우에는 더 저렴한 옵션입니다.

이 목적을 위해 두 개의 다이오드를 이중 패키지로 구입할 수 있습니다. 한계 값을 5.7V보다 5.2V에 가깝게하려면 일반 실리콘 다이오드 대신 쇼트 키 다이오드를 사용하십시오.

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Steven이 지적했듯이 여기에 절충점이 있습니다. 제너는 저 전류 레벨에서 약간 전도되기 시작하고 측정하는 소스는 원하는 클리핑을 얻기 위해 5V까지 구동 할 수있는 충분한 전류를 공급할 수 있어야합니다. 클리핑이 시작되기 전에 5.0V에 도달 할 수 있어야하는 경우 5.0V 대신 5.3V 제너를 사용해야하며 소스가 최소 10uA를 제공 할 수 있어야합니다. 물론 5.5V 미만의 클립은 보장되지 않습니다.

반면, 포지티브 레일에 대한 다이오드 연결 (외부 다이오드를 사용하거나 ADC inptus에 내장 된 것을 사용하는 두 번째 솔루션)은 5V 레일에 충분한 부하가있는 경우 에만 작동합니다. 과전압 소스에 의해 제공되는 전류. 저전력 회로에서 과전압으로 인해 5V 전원 공급 장치가 조정되지 않을 수 있으며 회로의 다른 부분에서 모든 종류의 예기치 않은 동작이 발생할 수 있습니다.

R1 값을 증가시켜 과전압 상태에서 가라 앉아야하는 전류를 제한 할 수 있습니다. 그러나이를 수행하는 능력은 입력 신호 및 / 또는 ADC에 필요한 입력 전류에서 측정 할 수있는 대역폭에 의해 제한됩니다.

제너 전압이 "전류에 따라 크게 변한다"는 것도 사실이 아닙니다. 제너 임계 값 아래에서 10-100 uA 정도의 작은 누설 전류가 있다고 말하는 것이 더 정확할 것입니다. 제너가 애벌 런치 작동으로 들어가면 전압은 수십 년 동안 매우 안정적 일 수 있습니다 . 다음은 On Semi zener 제품군의 일반적인 IV입니다.

값이 높은 선원은 값이 낮은 선원보다 안정성이 좋습니다. 물론 매우 안정적인 클리핑 전압을 원하는지에 대해 걱정해야 할 열 변화 (5.1V의 On Semi 부품에 대해 일반적으로 1-2mV / K)가 있습니다.

제너 다이오드가 훌륭하다고 생각했을 때가있었습니다. 이제는 그들이 아니라는 것을 알고 있습니다. 사실 그들은 악취가납니다. 이 다이오드 는 250µA에서 4 %의 허용 오차를 가지므로 판독 값의 최고 200mV를 잃을 수 있지만 10µA에서 제너 전압은 4.3V에 불과하므로 14 % 오류입니다. 저항 분배기와 같이 비교적 높은 임피던스 소스에서 입력이 발생하면 최고 700mV를 잃을 수 있습니다.

대부분의 마이크로 컨트롤러는 I / O 핀에 클램핑 다이오드 를 가지고 있습니다 .

그것들을 사용할 수 있습니다. 신호가 낮은 임피던스 출력에서 ​​나오는 경우 클램핑 다이오드를 너무 높은 전류로부터 보호하기 위해 직렬 저항을 추가해야합니다. 50mA는 종종 절대 최대 정격으로 지정됩니다. 15kΩ 저항을 사용하는 경우 20V 입력의 경우 전류를 1mA로 제한합니다. Photon 은 전류가 너무 높아서는 안된다고 지적합니다. 전압 레귤레이터에서 전압이 공급되는 곳에 전류를 주입하고 있기 때문에 전류를 흘릴 수없고 전류 만 공급할 수 있기 때문입니다. 따라서 외부 소스에 전류가 유입되면 레귤레이터의 부하가이를 접지로 배수 할 수 있어야합니다.

PetPaulsen이 지적한 것처럼 이것이 허용 가능한 관행인지 여부에 대한 논쟁이 있습니다. 데이터 시트에 최대 입력이 Vcc + 0.3V 라고 표시되어 있지만 클램핑 다이오드의 경우 최대 20mA라고 표시 될 수도 있습니다 (예 : 이 PIC 컨트롤러) . 클램핑 다이오드 전압 강하가 0.3V 미만인 경우 '쇼트 키의 재.
어쨌든, 당신은 항상 VCC에 클램프에 자신의 외부 다이오드를 사용할 수 있습니다. 이 쇼트 키 다이오드는 단지 10mA에서 100 mV의 방울, 그것은 안전한 값으로 입력 클램프 있도록.의 15 kΩ 저항을 잊지 마세요 낮은 출력 임피던스 소스.

입력 전압이 음수가되지 않으면 접지 클램프가 필요하지 않습니다.