为什么在低压应用中我们要选择高精度电压钳位？

ALD最近宣布了一种针对低压电子系统的低功耗，高精度钳位解决方案。为什么我们首先要在此类系统中使用电压钳制？

电压钳位电路用于保护电子系统免受电源和信号线上有害电压瞬变的影响。下面描述了需要高精度电压钳位的示例应用。

精密ADC设计图。

ADC驱动器提供的模拟信号可能会超出ADC的指定输入范围，因为当ADC使用5 V电源供电时，驱动器的工作电压为±15V。过压情况可能会对ADC造成永久损坏或降低其性能。如上所述，ADC输入通常具有内部保护二极管，当输入电压超过规定范围时，该二极管会导通。但是，这些二极管不能在较长时间内承载大电流。因此，需要某种外部过压保护。

为什么高精度电压钳位通常是理想的解决方案？我们需要将模拟输入与ADC的输入范围进行匹配。如果没有高精度钳位电路，则模拟信号应限制在ADC参考电压以下的保守水平。这将浪费ADC的动态范围和分辨率。

传统解决方案

可以在驱动器输出端使用一对齐纳二极管或肖特基二极管，以保护ADC免受过压情况的影响。与ADC内部二极管相比，这些外部二极管具有更高的连续电流传导能力。

提供输入保护的钳位。

二极管性能的几个方面应被视为具有有效的钳位电路。当钳位电路未激活时，二极管应具有低反向泄漏电流，以免增加系统功耗。

此外，二极管应在信号路径中增加可忽略的寄生电容。此外，增加的寄生电容不应随施加的电压电平而显着变化。这很重要，因为寄生电容的非线性行为会降低系统的整体谐波失真。

另一个重要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，二极管可以立即关断。这使系统在过压情况下能够快速恢复其正常运行。

还有许多其他类型的高速电压钳位，每种钳位都有各自的优缺点。

出于多种原因，齐纳二极管不适用于低电压，低功率钳位电路。

首先，齐纳二极管吸收大量电流。精密齐纳二极管可吸收高达50 µA的泄漏电流（有些甚至可吸收20 mA）。这不能为我们提供可接受的低功耗电路保护解决方案，该电路仅消耗数百纳安的电流。其次，即使是精密的齐纳二极管也无法提供精确定义的阈值电压。它们的阈值电压只有大约±2％的精度，无法满足无线发射器，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钳位电压（例如，低至1.6 V）。

先进线性设备公司的低压，低功率电压钳位

Advanced Linear Devices（ALD）最近宣布了一种低功耗，高精度钳位解决方案SABMBOVP，该解决方案针对5 V或以下的低压电子系统。

这些模块基于公司专有的EPAD技术，并采用超低压精密增强模式MOSFET来实现低功耗，低压钳位解决方案。

SABMBOVP2XX的示意图如下所示：

SABMBOVP2XX的示意图。

该模块监控输入电压并导通输出晶体管以将电压钳位在预定值。据说这种新解决方案在性能的几个不同方面都优于传统的基于齐纳钳位电路。它的静态电流小于100 nA，并提供更精确的阈值电压。

响应时间小于100 ns，并且模块具有的浪涌电流处理能力大于100 mA。模块提供的钳位电压远低于基于齐纳二极管的解决方案。

重要的是要注意，该模块不需要使用齐纳钳位电路时通常需要的任何其他组件，例如电阻分压器，缓冲电路或稳压器。

结果，新解决方案可以降低复杂性和功耗。

编辑：jq