使用故障保護(hù)CMOS開關(guān)的關(guān)斷保護(hù)數(shù)據(jù)采集信號鏈

　　電路功能與優(yōu)勢

　　采用遠(yuǎn)程信號源時，發(fā)生損害故障的可能性更大?？赡芤蛳到y(tǒng)電源時序控制設(shè)計不當(dāng)或系統(tǒng)要求熱插拔而導(dǎo)致過壓。若未采取保護(hù)措施，因連接欠佳或感性耦合導(dǎo)致的瞬變電壓可能會損壞元件。另外，在電源發(fā)生故障或者開關(guān)輸入仍然連接至模擬信號而電源連接丟失時，也可能出現(xiàn)故障。這些故障條件可能造成重大損壞，結(jié)果可能意味著高昂的維修成本。

　　圖1所示電路利用一個帶斷電保護(hù)的低導(dǎo)通電阻、四通道單刀單擲開關(guān) ADG4612 ，為數(shù)據(jù)采集信號鏈提供保護(hù)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括低成本、精密JFET輸入運(yùn)算放大器ADA4000-1 ，后接一個低功耗、12位、1 MSPS SAR ADCAD7476 。該ADG4612可在仍然存在輸入信號時，提供低成本的功率損耗保護(hù)和最高16V的過壓故障保護(hù)。ADG4612采用3 mm × 3 mm LFCSP和16引腳TSSOP兩種封裝，需要增加的額外電路板面積很小。ADG4612可在不增加任何分離器件的條件下，為四個獨立的數(shù)據(jù)采集通道提供保護(hù)。

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　　圖1.提供故障保護(hù)的數(shù)據(jù)采集信號鏈電路(簡化示意圖：未顯示所有連接和去耦)

　　電路描述

　　圖1所示為一種單通道、提供故障保護(hù)的數(shù)據(jù)采集信號鏈，由ADG4612、ADA4000-1和AD7476構(gòu)成。能否保護(hù)數(shù)據(jù)采集板關(guān)鍵在于ADG4612的保護(hù)功能。無電源時，即當(dāng)VDD 浮空或 VDD ≤ 1 V 時，或者當(dāng)輸入信號VS 或 VD大于電源VDD 與閾值電壓(VT)之和時，開關(guān)處于隔離模式。此類條件下，開關(guān)輸入為高阻抗輸入，以確保不存在可能損壞開關(guān)或下游電路的電流。負(fù)供電軌VSS可為浮空或0 V至?5.5 V。接地引腳必須連接至地電位。 下游元件(如ADA4000-1或AD7476)的輸入應(yīng)限制在供電軌之內(nèi)，以便在電源丟失或輸入信號超過供電軌時阻止這些信號。

　　在斷開條件下，最高+16V的輸入信號電平被阻止(假設(shè)VSS = 0 V)。當(dāng)模擬輸入信號電平超過VDD達(dá)閾值電壓VT (~1.2 V)時，開關(guān)也會斷開。

　　對于標(biāo)準(zhǔn)CMOS模擬開關(guān)，其額定電源要求請參考產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊，并應(yīng)嚴(yán)格遵守，以確保器件保持最佳性能和運(yùn)行狀態(tài)。然而，由于電源故障、電壓瞬變、時序控制不當(dāng)、系統(tǒng)故障或用戶故障等原因，不可能始終達(dá)到數(shù)據(jù)手冊的要求。

　　標(biāo)準(zhǔn)CMOS開關(guān)的信號源、漏極和邏輯引腳均以電源箝位二極管的形式提供了ESD保護(hù)，如圖2所示。這些二極管的尺寸因工藝而異，不過一般都采用小型設(shè)計，以盡量減少泄漏電流。正常運(yùn)行中，這些二極管均為反向偏置，不會通過電流。正向偏置時，其額定規(guī)格要求通過的電流不能大于幾mA，否則可能會損壞器件。每當(dāng)模擬開關(guān)輸入電壓超過電源時，這些二極管將轉(zhuǎn)為正向偏置，可能通過較大電流，這樣即使關(guān)閉電源，開關(guān)也可能損壞。另外，故障導(dǎo)致的損壞并不限于開關(guān)，而且也可能影響到下游電路，如ADA4000-1，因為將信號施加于未供電的ADA4000-1超出了該器件的絕對最大額定值。

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　　圖2. 標(biāo)準(zhǔn)模擬CMOS開關(guān)上的ESD保護(hù)

　　圖3所示為標(biāo)準(zhǔn)模擬開關(guān)在施加信號而電源浮空時的性能波形。直流偏置為+3 V的6 V p-p 正弦波施加于模擬輸入，后者通過內(nèi)部ESD二極管，將電源供給開關(guān)以及連接至同一VDD 電源的任何其他元件。輸入信號通過開關(guān)，出現(xiàn)在ADA4000-1的輸入端，因而超過ADA4000-1的最大額定值。

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　　圖3.無電源的標(biāo)準(zhǔn)模擬開關(guān)