信号钳位对ADC的作用

在雷电波形监测产品中，如果需要监测的范围比较大，比如±500A~±200KA，为了保证采样精度，通常要分为高低端进行采样，比如500A~10KA为低端，10KA~200KA为高端，由于有负信号，还需要把负电平进行一个抬升，如下图所示：

我们将上图的框图用电路图实现，如下图所示：

图中U1为有源积分电路，U2，U4为放大电路，U3，U5为电平抬升电路。因为ADC是不能采样负电平，所以一定要保证V1、V2为正信号。虽然前端已经把电平进行抬升了，但仍然不能保证V1为正信号。为什么?因为如果信号在低端满量程后继续增大，那么即使抬升1.65V依然还有负电平。如下图所示：

灰色的信号是原始信号，有正负极性，放大40倍，并抬升1.65V，上面已经削顶了，下面依然有部分是负信号。此时，信号依然在正常测量范围内。

当然，此时我们不会用低端的采样值，我们会用直接看高端的采样值，但是低端的负电平进入ADC后，会导致MCU的其他ACD采样通道都不准确，至于为什么会导致这种情况，还不清楚。所以，我们一定要保证所有进入ADC通道的信号都是正电平(即使有负电平，也不能太大)。

所以，最简单的办法是在进入ADC之前加两个钳位二级管，如下图所示：

这里的二极管要选择反向漏电流较小的，且正向导通电压VF也小的。因为正常情况下，二极管都工作在反向截止状态，一旦有负电，在很小的VF下都能导通D1，就能很好的阻止负信号进入ADC中。通常BAT54S是一个不错的选择，VF在小电流情况下可以做到0.2V的导通电压，也就是能把信号能钳位到-0.2V~3.5V之间。

总结：

1) 进入MCU的ADC信号不能有负信号，如果其中一路有负信号，可能会影响到其他通道的ADC采样不准;

2) 钳位ADC信号可以采用低导通电压、低漏电流的肖特基二极管;