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[技术问答]

M451系列单片机模拟量输入引脚防护设计

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hnqlf|  楼主 | 2016-9-11 20:01 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
M451系列芯片的AD输入电压范围为0~VREF(Vref最大为5V),因实际应用中出于精度及价格方面考虑,一般需要使用双电源供电的运放电路,若要使运放输出电压达到5V,运放的正向供电一般需达到7~8V,而且由于8V固定输出的电源芯片不太常用,市场上较难买到,所以经常会用+-12V给运放电路供电。
问题来了,因为运放的供电电压高于M451系列允许的最高电压5.5V,所以一旦运放电路损坏时,若电路设计时未加防护,势必会造成单片机的损坏,从而导致故障的进一步扩大,那么该如何对AD输入引脚进行防护呢?针对过压,常用的防护无非是限幅或钳位,通过查看芯片规格书,发现芯片的输入允许范围为Vss-0.3到VDD+0.3,且手册8.4节-“使用ADC时典型的连接框图"中的连接框图中也标明了芯片内部采用了两个二极管进行钳位保护。
请教诸位高手:
1.结合上述资料,是否可以理解为单片机的所有输入引脚均内置有二极管双向钳位?
2.在芯片内部有二极管钳位的情况下,外部是否还需要加装类似二极管?
3.芯片内部的二极管正向压降为0.3?还是0.6?用万用表测量过模拟地对模拟输入引脚有0.6V压降,这样的话,输入端电压只有低于-0.6V时钳位二极管才会起作用,那么这时芯片是否会损坏(已经低于输入允许范围为Vss-0.3)?
4.芯片内部的二极管允许的最大导通电流是多少?这牵扯到引脚外部限流电阻的大小,如果没能可靠限流,一旦外部运放损坏的话,芯片内部的二极管根本抗不住的。
5.若外部需要加装钳位二极管时应选正向压降为多少的?(压降0.3以内的不太多啊,而且都和电流有关,电流一大可能会超过0.3)

第一次用单片机,准备设计一个工作在干扰比较大的工业环境中的采集控制电路,请大家多多指教!!!!!!

max.jpg (62.15 KB )

max.jpg

ADshur.jpg (80.83 KB )

ADshur.jpg
沙发
zhuomuniao110| | 2016-9-12 17:38 | 只看该作者
一定不能超限的。超限就容易烧毁了。

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板凳
戈卫东| | 2016-9-12 21:18 | 只看该作者
如果信号源阻抗不高可以考虑肖特基二极管钳位,比如BAT54S那样的。

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地板
hnqlf|  楼主 | 2016-9-13 20:07 | 只看该作者
戈卫东 发表于 2016-9-12 21:18
如果信号源阻抗不高可以考虑肖特基二极管钳位,比如BAT54S那样的。

戈工知不知道芯片里面那两个管子的参数,如压降和允许流过的电流?通过给管脚外部串限流电阻,然后靠管子内部的两个二极管钳位行吗?行的话这电阻该选多大?

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戈卫东| | 2016-9-13 20:20 | 只看该作者
我觉得不要考虑由这两个管钳位---在用作ADC输入时,如果有电流流进去就有发生LATCHUP的可能。

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huangcunxiake| | 2016-9-17 22:16 | 只看该作者
1、当二极管负极接地时,则正极端电路的电位比地高时,二极管会导通将其电位拉下来,即正极端电路被钳位零电位或零电位以下(忽略管压降)!
2、当二极管正极接地时,则负极端电路的电位比地高时,二极管会截止,其电位将不会受二极管的任何作用;
4、在钳位电路中,二极管正极接+5v,则负极端电路被钳位+5V电位以上;
(忽略管压降)
5.正常工作,哪个二极管也不导通

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7
huangcunxiake| | 2016-9-17 22:23 | 只看该作者
钳位二极管使得输入进去的电压信号维持在0到VCC之间。

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