CN105406866B - 一种模数转换电路过压保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种模数转换电路过压保护方法，包括以下步骤：1)串联限流电阻；在功能电路采样器件前端串联一个限流保护电阻，限流保护电阻阻值的选取保证(UO+UA)2/R≤RP成立；2)并联电压限幅电路；限流保护电阻后端接采样器件，并接在2只限幅电路运算放大器负端；3)正、负向限幅电路运算放大器输出端与负端二极管为硅开关二极管，反向截止电压不小于运算放大器供电电压，正向电流不小于(UO+UA)/r；本发明一种精度高且快速的电路过压保护方法，能够快速可靠地抑制电路开关噪声，有效保护采样电子元器件，对转换电路精度影响极小，保证了功能电路的可靠性，为嵌入式控制计算机系统可靠性设计提供了有力支撑。

Description

一种模数转换电路过压保护方法
技术领域
本发明属于电路可靠性设计技术领域，尤其是一种有效保证嵌入式控制计算机系统模数转换功能可靠性的方法。
背景技术
在嵌入式控制计算机系统中，负责对各种传感器信息进行采集的模数转换电路是系统的关键功能电路，其性能及可靠性是控制计算机系统的特征指标之一。
通常情况下，嵌入式控制计算机系统交联多个传感器，多个传感器信号要经过模数转换电路前端的多路选通器件选择后再依次进行模数转换。在高可靠性控制系统中，为消除共模干扰影响，传感器信号采用差分形式传输，信号高端和低端进入控制计算机系统后先分别经多路选通器件选通再进行信号求和，最后模数转换电路对和值信号进行采样转换得到离散的数字量并参与控制计算。
差分信号的高端和低端由不同的选通器件选择输出，为保证信号切换的同步性，2只多路选通器件采用相同的选通控制信号，但器件容差仍会导致信号切换过程中和值信号的开关噪声。极端情况下噪声尖峰会损坏采样器件。为保证电路的可靠工作需要在采样器件前端设置过压保护电路，抑制开关噪声、保护采样电子元器件。
传统的电路过压保护方法，如电路并接瞬态抑制二极管或串接压敏电阻等，对于模数转换电路存在限幅精度低，直接影响转换电路精度等缺陷。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提供一种精度高且快速的电路过压保护方法，能够快速可靠地抑制电路开关噪声，有效保护采样电子元器件，对转换电路精度影响极小，保证了功能电路的可靠性，为嵌入式控制计算机系统可靠性设计提供了有力支撑。
本发明的技术解决方案是：一种模数转换电路过压保护方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)串联限流电阻；
在功能电路采样器件前端串联一个限流保护电阻，限流保护电阻阻值的选取保证(UO+UA)2/R≤RP成立；
其中UO为保护电阻前端电压，UA为保护电阻后端限幅运算放大器供电电压，R为限流保护电阻阻值，RP为限流保护电阻额定功耗；
2)并联电压限幅电路；
限流保护电阻后端接采样器件，并接在2只限幅电路运算放大器负端，其中正向电压限幅运算放大器正端接正电压上限参考电压，输出端与负端反向接二极管；负向电压限幅运算放大器正端接负电压下限参考电压，输出端与负端正向接二极管。
3)正、负向限幅电路运算放大器输出端与负端二极管为硅开关二极管，反向截止电压不小于运算放大器供电电压，正向电流不小于(UO+UA)/r；
其中UO为保护电阻前端电压，UA为保护电阻后端限幅运算放大器供电电压，r为限流保护电阻阻值。
本发明针对嵌入式控制计算机系统电路可靠性需求，解决模数转换电路中的开关噪声影响，设计了一种高精度电路过压保护方法，该方法能够快速可靠地抑制电路开关噪声，有效保护采样电子元器件，对转换电路精度影响小，保证了功能电路的可靠性，为嵌入式控制计算机系统可靠性提供了有力支撑。具有精度高、响应速度快以及对功能电路精度影响小等优点。
附图说明
图1是本发明电路示意图；
具体实施方式
参见图1，本发明的过压保护电路包含串联在功能电路中的限流保护电阻和并联正向、负向限幅电路组成。其具体方法是：
1)串联限流电阻；在功能电路采样器件前端串联一个限流保护电阻R7，限流保护电阻阻值的选取应保证(UO+UA)2/R≤RP成立，式中UO为保护电阻前端电压，UA为保护电阻后端限幅运算放大器供电电压，R为限流保护电阻阻值，RP为限流保护电阻额定功耗；
2)正向、负向限幅电路由高增益运算放大器和二极管构成。以正向限幅电路为例，限幅电路输出UO＝Au(U+-U-),因开环电压放大倍数Au趋于无穷大,即:当U+>U-,UO趋于正向饱和,当U+<U-,UO趋于负向饱和。利用上述高增益集成运算放大器的非线性应用特点，监控电压小于参考电压时(U-<U+),UO输出正向饱和(趋向运算放大器供电正端电压值)，由于UO>U+>U-，二极管工作在反向截止状态；一旦出现监控电压超过参考电压(即U->U+)，UO发生翻转输出负向饱和(趋向运算放大器供电负端电压值)，由于U->U+>UO二极管工作在导通状态，电流将从U-通过二极管向UO通过流动，直至U-≤U+后UO再次输出正向饱和。限幅电路中的二极管选用硅快速开关二极管，具有快速开关特性，反向截止电压不小于运算放大器供电电压，正向电流不小于(UO+UA)/r，式中UO为保护电阻前端电压，UA为保护电阻后端限幅运算放大器供电电压，r为限流保护电阻阻值；
3)过压发生时，过压信号将通过限幅电路泄放电流，限流电阻R7将限制通过元器件的电流在安全范围内，确保元器件不受损伤，从而实现高精度的电路过压保护。

Claims (1)

1.一种模数转换电路过压保护方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)串联限流电阻；
在功能电路采样器件前端串联一个限流保护电阻，限流保护电阻阻值的选取保证(UO+UA)2/R≤RP成立；
其中UO为保护电阻前端电压，UA为保护电阻后端限幅运算放大器供电电压，R为限流保护电阻阻值，RP为限流保护电阻额定功耗；
2)并联电压限幅电路；
限流保护电阻后端接采样器件，并接在2只限幅电路运算放大器负端，其中正向电压限幅运算放大器正端接正电压上限参考电压，输出端与负端反向接二极管；负向电压限幅运算放大器正端接负电压下限参考电压，输出端与负端正向接二极管；
3)限幅电路运算放大器的输出端与负端之间的二极管为硅开关二极管；所述二极管的反向截止电压不小于限幅电路运算放大器供电电压，正向电流不小于(UO+UA)/R；
其中UO为保护电阻前端电压，UA为保护电阻后端限幅运算放大器供电电压，R为限流保护电阻阻值。
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