AN-1219 应用笔记 One Technology Way • P.O. 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A | Page 1 of 4 09101-001 INPUT AN-1219 对于标准CMOS模拟开关，其额定电源要求请参考产品数 图3所示为标准模拟开关在施加信号而电源悬空时的性能 据手册，并应严格遵守，以确保器件保持最佳性能和运行 波形。直流偏置为3 V的6 V p-p 正弦波施加于模拟输入，则 状态。然而，由于电源故障、电压瞬变、时序控制不当、 反过来通过内部ESD二极管，将电源供给开关以及连接至 系统故障或用户故障等原因，不可能始终达到数据手册的 同一VDD电源的任何其他元件。输入信号通过开关，出现在 要求。 ADA4000-1的输入端，因而超过ADA4000-1的最大额定值。 标准CMOS开关的源极、漏极和逻辑引脚均以电源箝位二 极管的形式提供了ESD保护，如图2所示。这些二极管的尺 6V FLOATING VDD PULLED HIGH BY SIGNAL INPUT 寸因工艺而异，不过一般都采用小型设计，以尽量减少泄 漏电流。正常工作时，这些二极管均为反向偏置，不会通 过电流。正向偏置时，其额定规格要求通过的电流不能大 ANALOG OUTPUT (DRAIN) 于几mA，否则可能会损坏器件。每当模拟开关输入电压 超过电源时，这些二极管将转为正向偏置，可能通过较大 0V 电流，这样即使关闭电源，开关也可能损坏。另外，故障 09101-003 ANALOG INPUT (SOURCE): 1kHz SINE WAVE 导致的损坏并不限于开关，而且也可能影响到下游电路， 如ADA4000-1，因为将信号施加于未供电的ADA4000-1超 CH1 1.00V CH2 1.00V CH3 1.00V M200µs A CH1 T 0.00000ms 出了该器件的绝对最大额定值。 图3. 无电源的标准模拟开关 VDD VS > VD FORWARD CURRENT FLOWS 460mV 标准CMOS开关还存在另一限制因素，即模拟信号超过电 源VDD和VSS时，电源被拉至故障信号的二极管压降范围内。 LOAD CURRENT FORWARD CURRENT Sx 内部二极管转为正向偏置，电流从输入信号流至电源。故 障信号也可能通过开关并损坏下游器件，如图4所示。 Dx 如果超过器件的绝对最大额定值，可能会影响长期可靠性。 RS RL VS GND VSS ANALOG INPUT (SOURCE): 1kHz SINE WAVE 09101-031 6V 图2. 标准模拟CMOS开关上的ESD保护 3.3V ANALOG OUTPUT (DRAIN) VDD 09101-004 0V CH1 1.00V CH2 1.00V CH3 1.00V M200µs A CH1 T 0.00000ms 图4. 过压条件下的标准模拟开关 Rev. A | Page 2 of 4 460mV AN-1219 ADG4612可以消除上述故障影响，它在模拟或数字输入到 如图1所示，ADG4612、ADA4000-1和AD7476三者相结合 VDD或VSS之间未采用内部ESD二极管。相反，ADG4612利 提供一种稳定的数据采集电路，可有效应付各种故障条 用其他保护元件来避免ESD事件。这就意味着，在掉电条 件，如在掉电时仍然存在来自外部的信号或者模拟输入端 件下或发生过压故障时，不存在至电源的低阻抗路径。如 的过压故障等。 果ADG4612输入信号存在于上电之前，开关将进入隔离模 式，即输入端具有至VDD、GND和输出的高阻抗路径。这样 可防止电流流动，从而有效保护器件和下游电路免受损坏。 请注意，AD7476的输入范围等于VDD，该电压同时充当该 ADC的基准电压源。此时，输入范围为0 V至3.3 V。为了在 该范围内线性驱动AD7476，ADA4000-1的电源电压必须稍 高，以便为输出级留出充足的裕量(相对于正电源约为1.2 V， 相对于负电源约为2 V)。其实现方法是将ADA4000-1的正电 6V ANALOG INPUT (SOURCE): 1kHz SINE WAVE 源电压设为+5 V，负电源电压设为−3.3 V。连接至AD7476输 入的两个外部肖特基二极管可确保电源时序控制不出问题。 3.3V ADG4613同时支持SPST以外的配置；该器件有两个开关的 ANALOG OUTPUT (DRAIN) 数字控制逻辑与ADG4612相似，但其他两个开关的控制逻 辑则相反。当接通时，各开关在两个方向的导电性能相 0V 同，输入信号范围可扩展至电源电压范围。ADG4613为先 VDD 09101-005 开后合式开关，适合多路复用器应用。该器件可配置为四 CH1 1.00V CH2 1.00V CH3 1.00V M200µs A CH1 T 0.00000ms 通道单刀单掷、双通道单刀双掷或4:1的多路复用器，以适 460mV 应不同的应用。 图5. 无电源的ADG4612 图6显示了模拟输入端过压故障导致的结果。此时，直流偏 置为3 V的6 V p-p正弦波施加于ADG4612，同时采用±3.3 V 电源供电。当模拟输入超过VDD达阈值电压VT (~1.2 V)时， 开关进入隔离模式，从而避免故障对下游电路造成损坏。 为了使本文所讨论的电路达到理想的性能，必须采用出色 的 布 局 、 接 地 和 去 耦 技 术 (请 参 考 指 南 MT-031和 指 南 MT-101)。至少应采用四层PCB：一层为接地层，一层为 电源层，另两层为信号层。 常见变化 图7所示为图1中电路的一种变化形式，以3.3 V单电源供电。 ANALOG INPUT (SOURCE): 1kHz SINE WAVE 6V 在该应用中，要求用一个具有轨到轨输入和输出的运算放 大器为AD7476提供全输入范围驱动。AD8655运算放大器 的输出额定驱动电压在各供电轨的10 mV至30 mV之内。换 3.3V ANALOG OUTPUT (DRAIN) 言之，在线性度受到不利影响的满量程ADC范围的各端存 VDD 在小比例的死区编码。 对于30 mV的裕量要求，该比例约为3.3 V输入范围的1%。 09101-006 0V CH1 1.00V CH2 1.00V CH3 1.00V M200µs A CH1 T 0.00000ms 图6. ADG4612上的过压条件 460mV 有关运算放大器轨到轨问题以及过压保护的详细讨论，请 参看指南MT-035和指南MT-036。 另外注意，ADG4612在该电路中的VSS为0 V，但仍然可在整 个输入信号范围内维持良好的导通电阻平坦度。 AD8656是AD8655的双通道版本。ADA4000-2和ADA4000-4 分别为ADA4000-1的双通道和四通道版本。 Rev. A | Page 3 of 4 AN-1219 OSCILLOSCOPE SOURCE DRAIN +3.3V +3.3V +3.3V RS 50Ω IN1 VDD S1 6V p-p SINE WAVE +3V DC OFFSET FREQUENCY = 1kHz D1 V+ VDD AD8655 AD7476 ADG4612 4 × SPST GND VSS ADC V– INPUT RANGE = 0V TO +3.3V 09101-007 INPUT 图7. 单电源、提供故障保护的数据采集信号链电路(简化示意图：未显示所有连接和去耦) 了解详情 数据手册和评估板 MT-031 Tutorial, Grounding Data Converters and Solving the Mystery of "AGND" and "DGND," Analog Devices. ADG4612/ADG4613 Data Sheet MT-035 Tutorial, Op Amp Inputs, Outputs, Single-Supply, and Rail-to-Rail Issues, Analog Devices. ADA4000-1 Data Sheet MT-036 Tutorial, Op Amp Output Phase-Reversal and Input Over-Voltage Protection, Analog Devices. ADA4000-4 Data Sheet MT-088 Tutorial, Analog Switches and Multiplexers Basics, Analog Devices. MT-101 Tutorial, Decoupling Techniques, Analog Devices. ADG4612 Evaluation Board (EVAL-ADG4612EBZ) ADA4000-2 Data Sheet AD7476 Data Sheet AD7476 Evaluation Board 修订历史 2013年4月—修订版0至修订版A 文档标题从CN-0165更改为AN-1219 .................................... 通篇 2011年1月—修订版0：初始版 ©2011–2013 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D09101sc-0-4/13(A) Rev. A | Page 4 of 4