ADC入力用の保護クリッパー回路はどのように設計しますか？
回答:
おそらく最も簡単なのは、単純なツェナーリミッターです。
これにより、負の電圧も約-0.7 Vに制限されますが、この制限は適切に制御されません。
編集： R1で100オームを表示します。これは単なるデフォルト値です。サンプリングする信号の帯域幅とADCの入力電流のニーズに応じて、使用できる限り高い値を望みます。この抵抗が大きいほど、過電圧状態でツェナーがシンクする必要のある電流が低くなるため、ツェナーを小さく（および低コスト）できます。ツェナーと並列にコンデンサを追加して、R1と組み合わせてADCのアンチエイリアスフィルタを形成することができます。
十分な電流をシンクできる5 Vレールがあり、5 Vをわずかに超える制限値を気にしない場合の低コストオプション：
まさにこの目的のために、2つのダイオードをデュアルパッケージで購入できます。制限値を5.7 Vより5.2 Vに近づける場合は、通常のシリコンダイオードの代わりにショットキーダイオードを使用します。
編集2
スティーブンが指摘するように、ここにはトレードオフがあります。ツェナーは低電流レベルでわずかに導通し始め、測定するソースは、必要なクリッピングを得るために5 Vまで駆動するのに十分な電流を提供できる必要があります。クリッピングを開始する前に5.0 Vに到達する必要がある場合は、5.0 Vではなく5.3 Vツェナーを使用し、ソースが少なくとも10 uAを提供できるようにする必要があります。もちろん、5.5 V未満でクリップすることは保証されていません。
一方、正のレールへのダイオード接続（2つ目のソリューション、外部ダイオードを使用するか、ADCに組み込まれているものを使用するかどうかに関係なく）は、5 Vレールに十分な負荷がかかる場合にのみ機能します過電圧源から供給される電流。低電力回路では、過電圧により最終的に5 V電源がレギュレーションから外れ、回路の他の部分で予期しない動作が発生する可能性があります。
R1値を増やすことにより、過電圧状態でシンクする必要がある電流を制限できます。しかし、それを行う能力は、入力信号および/またはADCに必要な入力電流で測定できる帯域幅によって制限されます。
また、ツェナー電圧が「電流によって大きく変動する」ことも事実ではありません。ツェナーしきい値を下回る10〜100 uA程度の小さな漏れ電流があると言う方が正しいでしょう。ツェナーがアバランシェ動作に入ると、電圧は数十年にわたる電流にわたって非常に安定します。On Semi zenerファミリーの典型的なIVは次のとおりです。
価値の高いツェナーは、価値の低いツェナーよりも安定性が高いことに注意してください。そしてもちろん、非常に安定したクリップ電圧が必要かどうかを心配する熱変動（5.1 Vでのオンセミパーツでは1〜2 mV / K）もあります。
ツェナーダイオードは素晴らしいと思っていた時代がありました。今、私は彼らがそうではないことを知っています。実際のところ、彼らは悪臭を放ちます。このダイオードの許容誤差は250 µAで4％であるため、読み取り値の上位200 mVを失う可能性がありますが、さらに悪化します。10µAではツェナー電圧は4.3 Vであり、14％の誤差です。入力が抵抗分割器などの比較的高いインピーダンスのソースからのものである場合、上位700 mVを失う可能性があります。
ほとんどのマイクロコントローラーには、I / Oピンにクランプダイオードがあります。
それらを使用できます。信号が低インピーダンス出力からのものである場合、直列抵抗を追加して、クランプダイオードを高電流から保護する必要があります。多くの場合、50 mAは絶対最大定格として指定されます。15kΩ抵抗を使用する場合、20 V入力に対して電流を1 mAに制限します。Photonは、電流が高すぎてはならないことを正しく指摘しています。これは、電圧レギュレータから電圧が供給される場所に電流を注入しているため、電流をソースするだけで、シンクすることはできないためです。したがって、外部ソースが電流を注入する場合、レギュレータの負荷はそれをグランドに排出できるはずです。
以下のようPetPaulsenが指摘し、これは許容練習であるかどうかの議論があります。データシートには、最大入力がVcc + 0.3 Vであると記載されている場合がありますが、クランプダイオード（このPICコントローラーなど）の最大20 mA である場合もあります。つまり、クランプダイオードの電圧降下が0.3 V未満の場合「ショットキーの再。
とにかく、あなたは常にVccにクランプに独自の外部ダイオードを使用することができます。このショットキー・ダイオードはわずか10 mAで100 mVのをドロップし、それが安全な値の入力をクランプしますので。15kΩの抵抗を忘れないでください低出力インピーダンスソース。
入力電圧が負にならない場合、グランドクランプは必要ありません。