ADC girişi için koruma kesme devresini nasıl tasarlayabilirim?

ADC'mi 5V'dan yüksek giriş voltajlarından koruyabilmek istiyorum. Aşağıda gösterildiği gibi bir çıkışa sahip olmak için yapabileceğim en basit koruma devresi nedir?

Muhtemelen en basiti basit bir zener sınırlayıcıdır:

Bu, negatif voltajları yaklaşık -0,7 V ile sınırlayacaktır, ancak bu sınır iyi kontrol edilmeyecektir.

Düzenleme: R1'de 100 Ohm gösteriyorum. Bu sadece varsayılan bir değerdir. Örneklemekte olduğunuz sinyalin bant genişliği ve ADC'nizin giriş akımı ihtiyaçları göz önüne alındığında, kullanabileceğiniz kadar yüksek bir değer istiyorsunuz. Bu direnç ne kadar yüksek olursa, zenerin aşırı voltaj durumunda batması için gereken akım o kadar düşük olur, böylece zener daha küçük (ve daha düşük maliyetli) olabilir. ADC'niz için bir kenar yumuşatma filtresi oluşturmak üzere R1 ile birleşmesi için zener ile paralel bir kondansatör eklemek isteyebilirsiniz.

Yeterli akımı düşürebilen 5 V'luk bir rayınız varsa ve sınır değerinin 5 V'un biraz üzerinde olduğunu düşünmüyorsanız daha düşük maliyetli bir seçenek:

Tam olarak bu amaç için iki diyotu ikili bir pakette satın alabilirsiniz. Sınır değerin 5,7 V'tan 5,2 V'a yakın olmasını istiyorsanız, düzenli silikon diyotlar yerine schottky diyotları kullanın.

Düzenle 2

Steven'ın belirttiği gibi, burada bir değiş tokuş var. Bir zener düşük akım seviyelerinde hafifçe çalışmaya başlayacaktır ve ölçtüğünüz kaynağın, istediğiniz kırpmayı elde etmek için 5 V'a kadar sürecek kadar akım sağlayabilmesi gerekir. Kırpma başlamadan önce kesinlikle 5,0 V'a ulaşmanız gerekiyorsa, örneğin 5,0 V yerine 5,3 V zener kullanmanız ve kaynağınızın en az 10 uA sağlayabildiğinden emin olmanız gerekebilir. O zaman elbette 5.5 V'un altına geçmeniz garanti edilmez.

Öte yandan, pozitif raya diyot bağlantısı (harici diyotlar veya muhtemelen ADC inptus'unuzda yerleşik olanlar olsun) ikinci çözümüm, sadece 5 V rayında batarmak için yeterli yük varsa çalışır aşırı gerilim kaynağı tarafından sağlanan akım. Düşük güç devresinde aşırı voltaj, 5 V'luk kaynağınızı düzenleme dışı bırakabilir ve devrenizin diğer kısımlarında her türlü beklenmedik davranışa neden olabilir.

R1 değerini artırarak aşırı gerilim durumunda batırılması gereken akımı sınırlayabilirsiniz. Ancak bunu yapabilmeniz, giriş sinyalinizde ve / veya ADC'nizin ihtiyaç duyduğu giriş akımında ölçmek istediğiniz bant genişliği ile sınırlıdır.

Zener voltajının "akımla çılgınca değiştiği" de doğru değildir. Zener eşiğinin altında 10-100 uA civarında küçük bir kaçak akım olduğunu söylemek daha doğru olur. Zener çığ operasyonuna girdiğinde, voltaj onlarca yıl boyunca çok kararlı olabilir . İşte On Semi zener ailesinin tipik IV'ü:

Yüksek değerli zenerlerin düşük değerli olanlardan daha iyi stabiliteye sahip olduğuna dikkat edin. Ve elbette çok kararlı bir kırpma voltajı istiyorsanız endişelenmeniz gereken termal varyasyonlar da vardır (5.1 V'de On Semi parçası için tipik 1-2 mV / K).

Zener diyotlarının harika olduğunu düşündüğüm bir zaman vardı. Şimdi olmadığını biliyorum. Aslında kokuyorlar. Bu diyot 250 µA'da% 4 toleransa sahiptir, bu nedenle okumanızın ilk 200 mV'sini kaybedebilirsiniz, ancak daha da kötüleşir: 10 µA'da zener voltajı sadece 4.3 V, bu% 14'lük bir hatadır. Girişiniz nispeten yüksek bir empedans kaynağından geliyorsa, bir direnç bölücü gibi ilk 700 mV'yi kaybedebilirsiniz.

Çoğu mikro denetleyicinin G / Ç pimlerinde sıkıştırma diyotları vardır :

Bunları kullanabilirsiniz. Sinyaliniz düşük empedanslı bir çıkıştan geliyorsa, kenetleme diyotunu çok yüksek bir akıma karşı korumak için bir seri direnç eklemek istersiniz. 50 mA genellikle Mutlak Maksimum Değerlendirme olarak belirtilir. 15 kΩ direnç kullanırsanız, 20 V giriş için akımı 1 mA ile sınırlarsınız. Foton haklı olarak akımın çok yüksek olmaması gerektiğine işaret ediyor. Çünkü voltajın voltaj regülatöründen geldiği yere akım enjekte edersiniz ve bu sadece akımı aktarabilir, batmaz. Bu nedenle, harici bir kaynak akım enjekte ederse, regülatörün yükü onu toprağa aktarabilmelidir.

PetPaulsen'in belirttiği gibi , bunun kabul edilebilir bir uygulama olup olmadığı tartışmalıdır. Veri sayfası maksimum giriş Vcc + 0.3 V demek olabilir, ama olabilir , aynı zamanda , örneğin (sıkıştırma diyotlar için maksimum 20 mA ki bu PIC kontrol . Bu sıkıştırma diyodu voltaj düşüşü, örneğin, 0.3'den daha az V anlamına gelebilir takdirde 'Schottky' in yeniden.
Neyse, her zaman Vcc'ye kelepçeye kendi harici diyot kullanabilirsiniz. Bu Schottky diyot sadece 10 mA'da 100 mV düşer, güvenli bir değere girişi kelepçe böylece. 15 kÊ direnç unutma düşük çıkış empedans kaynakları.

Giriş voltajınız negatif olmazsa topraklama kelepçesi gerekmez.