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凡亿专栏 | 钳位,还是限幅?
钳位,还是限幅?

Hello 大家好,最近偶然看到一篇介绍“芯片内部引脚反向并联的二极管”的文章,这两个二极管反向并联在信号引脚与电源、地之间,类似如下图所示。 image.png

文章将这两个二极管称为“钳位二极管”,我当时的第一反应是:好像不对吧!应该叫限幅呀!于是在网上搜了一下,基本上都叫钳位,虾米?难道是我的理解出错了?咱从不盲目相信网上的东东,遇到点破事就想着较劲儿,乔峰的蛮劲发作了。其实咱根本就不关心这档子事的对错,作为一名技术文章的撰写者,咱只关心文章的论述能否说服我即便本身的结论是错的,但如果能把错的说成对的并让我信服,给你献上膝盖也并无不可,但想以“我是砖家,只要记住就行了”随便打发我?不好意思,咱没“砖家”这个概念,但是似乎并没有成功,于是查了一些资料,至于是限幅还是钳位,你自己看着办!image.png钳位与限幅的区别在《三极管应用分析精粹:从单管放大到模拟集成电路设计》(以下简称“三极管”)的第2章已经详细讨论过,我们来复习一下。钳位电路(Clamper能够将输入交流电压偏移到另一个不同电压值上,最简单的钳位仿真电路如下图所示(以下仿真电路与波形图均来自拙作《三极管》)。image.png假设初始状态下输入电压为-10V,此时VD1导通并对电容C1快速充满电(极性为左负右正),而输出电压仅比公共地(0V)低一个二极管压降。当输入电压跳变为+10V时,由于电容两端的电压不能突变,它与输入电压串联形成+20V的输出电压,此时VD1是截止的,只要RL的阻值不是很小(即电容放电速度很慢),在输入电压再次跳变为-10V之前,我们可以认为电容两端的压降是不变,相应的输入与输出仿真波形如下图所示:image.png

当然,钳位电路的具体形式有很多,此处不再赘述。

限幅电路(Clipper / Limiting circuit用于将输入信号的幅值限制在一定的范围内,以避免电压过大而损坏某些元器件,我们同样来看一个简单的二极管限幅仿真电路,如下图所示。

image.png当输入信号的电压小于约0.5VVD1截止,此时回路是不导通的,输出信号等于输入信号,而当输入信号的电压大于约0.5V时,处于导通状态的VD1会将输出电压限制为一个二极管正向导通压降(约0.6V),相应的仿真波形如下图所示。image.png限幅电路的具体变化形式也有很多,例如可以通过串入多个二极管(或直流电源)调节需要限制的信号幅度,也可以将二极管的极性反过来连接限制负半周的信号幅度,还可以使用反向并联的二极管同时限制正负半周的信号幅度,甚至多种方式的混合应用,下图给出了一些限幅电路及其输入与输出波形。image.pngimage.png很多读者容易混淆“限幅”与“钳位”,它们两者的区别是:前者削掉输入信号波形的一部分而对剩余波形不做任何改变,后者对波形不做改变而仅进行一定数值的偏移,所以也称为直流重置器(DC Restorer)。从网络资料来看,clippingclamping都被翻译为钳位,那到底是钳位还是限幅呢?最近使用到的STM32单片机中的引脚也有这两个二极管,数据手册中标注的是“保护二极管Protection Diode”,如下图所示。但是根据前面的阐述可以知道,钳位电路只是对波形直流电压进行平移,很少听说过有保护作用,这是限幅电路才有的功能,而且很明显,上图(e的特例(即VCC1=0)其实就是这两个保护二极管电路。image.png

所以,你认为集成芯片内部给引脚并联的是Clipping Diode(限幅二极管)还是Clamping Diode(钳位二极管)呢?

下图是《显示器件应用分析精粹:从芯片架构到驱动程序设计》一书中提到的某款芯片的引脚内部连接图,你能从相应的数据手册中找到吗?

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