Wie schütze ich einen unipolaren ADC-Eingang vor einem bipolaren Signal?

Ich entwerfe eine Schaltung, die ein unipolares Differenz-Audiosignal mit einem ADC umwandeln soll. Das Signal variiert zwischen 200 mV und 28 V von Spitze zu Spitze, und ich plane, den TI PMC6020 ADC zu verwenden, der Differenzeingänge bis zu 10 V RMS akzeptiert.

Leider kann die Schaltung während der Installation versehentlich an ein bipolares Signal (maximal -20 V bis 20 V Spitze zu Spitze) angeschlossen werden (dieser Zustand kann mehrere Minuten andauern). Der ADC toleriert nur einen negativen Eingang von -0,3 V, daher sollte ein gewisser Schutz gegen kontinuierliche negative Spannung vorhanden sein.

Meine erste Idee war, eine Zenerdiode zu verwenden, die vom ADC-Eingang mit Masse verbunden ist, aber das wird das Signal bei -0,7 V begrenzen.

Eine normale Diode in Reihe funktioniert auch nicht, da der Spannungsabfall das Lesen des Signals beeinflusst, wenn die Amplitude niedrig ist.

Irgendwelche Vorschläge, wie man in diesem Fall die negative Spannung klemmen kann? Gibt es ideale Diodenschaltungen, die für diesen Zweck verwendet werden können?

Ich habe keine geteilten Schienen zur Verfügung, nur 3,3 V.

Wenn Sie die Idee tolerieren können, können Sie einen Einweggleichrichter (Schottky-Diode und Kappe) verwenden. Der Ausgang wird automatisch durch die Kappe verstärkt (Bootstrapping), nachdem die ersten paar Ladezyklen vorbei sind. Dies ist nur eine einfache Idee, mit der Sie arbeiten können. Es ist keine Lösung. Aber es kann Ihnen einige Gedanken geben, die Sie weiter berücksichtigen sollten.

Antworten (1)

Du bist so nah:

Verwenden Sie einfach eine Schottky-Diode zum Erden, die während des normalen Betriebs in Sperrrichtung und bei negativer Eingangsspannung in Durchlassrichtung vorgespannt ist. Abhängig von Ihrer Diode würde das auf -0,1 bis -0,2 V, ca.

Der einzige "normale" Verbrauchsstrom wäre der Rückwärtsleckstrom, und dieser sollte nicht sehr hoch sein, wenn Sie eine entsprechend große Diode verwenden.

Es ist auch erwähnenswert, dass jede Diode in Sperrrichtung tatsächlich ein bisschen wie ein Kondensator ist (der tatsächlich in spannungsgesteuerten HF-Filter-/Dämpfungsschaltungen verwendet wird), aber die Kapazität hier sollte sehr klein sein.

Überlegen Sie sich vielleicht, ob Sie Ihren Audioeingängen einen kleinen Serienwiderstand hinzufügen können, ohne die Qualität zu beeinträchtigen, nur um den Strom durch diese Diode zu begrenzen.

Gibt es ideale Diodenschaltungen, die für diesen Zweck verwendet werden können?

Ja, aber Sie benötigen am Ende eine negative Versorgungsspannung, damit diese funktionieren. Es gibt einige Operationsverstärker, die "über den Rail-to-Rail-Eingang hinausgehen", indem sie eine interne Ladungspumpe verwenden, um eine kleine negative Versorgungsspannung zu erzeugen. Aber es klingt wirklich nicht so, als würden Sie das brauchen - eine Diode sollte in Ordnung sein.

Dadurch wird der ADC geschützt. Aber der Signalgenerator ist bei negativen Schwankungen möglicherweise nicht glücklich.
Würden die vorgeschlagenen Serienwiderstände nicht für die möglicherweise (Wortspielwarnung) hohen Dioden-Shunt-Ströme von außen sorgen?
Exzellent! Ich werde in der Lage sein, einen Serienwiderstand einzubauen, so dass der Strom begrenzt werden sollte.
Wird es ein Problem geben, einen Schottky und einen Zener parallel zur Erde zu haben? Die Idee ist, dass der Zener Überspannung aufnimmt und der Schottky die negative Spannung begrenzt.
Meinst du "antiparallel"? Parallel dazu hätte der Zener keine Wirkung, da er später als der Schottky mit der Vorwärtsleitung beginnen würde; und der Rückwärtsdurchbruch würde positive Spannungen begrenzen, aber das könnte eleganter mit einem Schottky zur Versorgungsspannung erfolgen, da dies die Eingangsspannungen tatsächlich innerhalb des Vcc + etwas-Bereichs der maximalen Nennwerte Ihres ADC hält! Übrigens, wenn Sie in beide Richtungen einschränken möchten: Es gibt Dioden-in-einem-Gehäuse-mit-GND- und VCC-Verbindungen, die als "TVS-Diodenarray" oder so bezeichnet werden.
Nein, ich meinte parallel, aber das kann falsch sein. Nehmen wir an, dass der Schottky einen Rückwärtsdurchbruch von 50 V und der Zener einen Rückwärtsdurchbruch von 20 V hat. Wenn ein Wechselstromsignal mit einer Spitze von 30 V eintrifft, würde dann nicht zuerst der Zener-Durchbruch auftreten? Ich stimme zu, dass eine Schottky-zu-Positiv-Schiene am besten wäre, aber die einzige Schiene, die ich habe, ist 3,3 V und das Eingangssignal kann viel höher sein.
Ah, ok, ja, dann könnte das in der Tat sinnvoll sein.
Wie schütze ich einen unipolaren ADC-Eingang vor einem bipolaren Signal?
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