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電壓監(jiān)控模數(shù)轉(zhuǎn)換器電源域隔離設(shè)計(jì)

發(fā)布時間:2019-05-13 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】電源域隔離是電壓監(jiān)控ADC系統(tǒng)的一個重要設(shè)計(jì)要點(diǎn),不合理的電源域隔離可能導(dǎo)致芯片關(guān)不掉,芯片發(fā)生閂鎖,甚至芯片損壞的后果。這些問題主要是由于芯片內(nèi)部ESD保護(hù)二極管的限制,以及芯片上電時序的限制,充分考慮這兩點(diǎn)并且結(jié)合一些有效的隔離方法,可以較方便的設(shè)計(jì)出合理的電源域隔離方案。
 
電壓監(jiān)控模數(shù)轉(zhuǎn)換器電源域隔離設(shè)計(jì)
圖1:電壓監(jiān)控
 
上圖是一個典型的ADC電壓監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì),對比兩顆ADC,TLC4541與ADS7951的使用情況。下面分別從芯片手冊絕對最大值限制,輸入電壓隔離,輸出接口隔離幾個角度來理解電源域隔離設(shè)計(jì)。
 
芯片絕對最大值限制
 
絕對最大值限制,是指芯片管腳上電壓,或者芯片溫度,或者功率耗散等超過了絕對最大允許值,芯片可能會損壞的一種說明。這里我們只考慮芯片管腳電壓的限制,圖2是TLC4541的限制,所有的輸入電壓都是以VDD為參考,假設(shè)VDD為0V,也就是掉電的情況下,其他管腳的電壓最大只能是正負(fù)0.3V,否則芯片有可能損壞。圖3是ADS7951的限制,模擬電源和數(shù)字電源之間沒有限制,但是輸入電壓和模擬供電電壓之間仍然有一個0.3V的限制,就是模擬供電為0,輸入管腳電壓不超過正負(fù)0.3V。在電路上可以等效為一個二極管串聯(lián)在輸入電壓管腳和模擬供電電壓管腳上面。
 
電壓監(jiān)控模數(shù)轉(zhuǎn)換器電源域隔離設(shè)計(jì)
圖2:絕對最大值限制(TLC4541)
 
電壓監(jiān)控模數(shù)轉(zhuǎn)換器電源域隔離設(shè)計(jì)
圖3:絕對最大值限制(ADS7951)
 
隔離輸入電壓
 
由于絕對最大值的限制,圖1中的ADC如果要采集電池電壓的話,那么就必須保證ADC的模擬供電電壓5V一直存在,如果出于低功耗的考慮,5V需要關(guān)掉,那么在電池電壓和ADC之間需要使用一個隔離器件,否則有可能出現(xiàn)模擬供電電壓被抬升或者器件損壞的可能。模擬開關(guān)或者繼電器可以實(shí)現(xiàn)將電池電壓與ADC輸入斷開或者連接。TMUX154是專門為這種場景設(shè)計(jì)的模擬開關(guān),可以保證沒有供電的情況下,輸入輸出的I/O是高阻抗的(當(dāng)VCC = 0 V時,支持?jǐn)嚯姳Wo(hù)I/O引腳Hi-Z),達(dá)到隔離輸入電壓的目的。
 
隔離數(shù)字接口
 
ADC的數(shù)字接口通常與MCU連接,如果MCU一直有電,但是ADC可能掉電進(jìn)入低功耗,那么電壓經(jīng)過MCU和ADC內(nèi)部的ESD二極管會泄漏到ADC的內(nèi)部,這樣會導(dǎo)致ADC關(guān)不掉或者閂鎖效應(yīng)。所以如果要保證MCU運(yùn)行但是ADC斷電進(jìn)入低功耗模式,需要使用數(shù)字接口隔離器件,這里所指的隔離器件不是光耦或者磁偶一類的高壓隔離器件,而僅僅是電平隔離器件,比如很多的電平轉(zhuǎn)換或者緩沖器芯片,例如SN74AVC4T774,可以支持沒有供電時,輸出為高阻狀態(tài)(IOFF支持部分?jǐn)嚯娔J讲僮鳎?/div>
 
總結(jié)
 
本文主要討論了電壓監(jiān)控ADC系統(tǒng)中輸入電壓,輸出接口隔離的問題,通過認(rèn)識芯片的絕對最大值限制,探討了使用模擬開關(guān)隔離輸入電壓,使用電平轉(zhuǎn)換器件隔離輸出接口的方法,為系統(tǒng)提供電源域的隔離。
 
 
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