如上图所示,有两个保护二极管,用于保护内部电路,防止I\O引脚外部过高或者过低的电压输入时造成内部电路损坏。
具体来讲:当引脚输入电压高于VDD时,上面的二极管导通,输入点电压被钳位到约VDD+0.7V;当引脚输入电压低于VSS时,下面的二极管导通,输入点电压被钳位到约VSS-0.7V,从而使输入芯片内部的电压出于比较稳定的值(钳位作用)。
虽然有二极管的保护,但这样的保护很有限,大电压大电流的输入很容易烧坏芯片,在实际设计中要考虑设计引脚的保护电路。
钳位电路相关说明:
- 二极管具有单向导电性,可利用这一特性对电路进行整流或钳位。
- 钳位的定义:将信号强行钳制到某一电位上,抬高或降低信号的基准电位,但不改变原信号的波形。钳位电路分为正向钳位和负向钳位电路。
- 当二极管负极接地时,正极端电路的电位比地高,二极管导通,电位被拉下来,即正极端电压被钳位到零电位或零电位以下(忽略二极管压降)。
- 当二极管正极接地时,负极端电路的电位比地高,二极管截止,电位将不会受二极管影响。
- 当Ui端输入电压-2V时,D2导通,C2充电,直到电压等于Ui值,Uo=0V。
- 当Ui端输入电压2V时,D2反向截止,Uo=2V
- 钳位工作原理:利用二极管单向导电性,即当正极电压>负极电压,导通;当负极电压>正极电压,截止。导通时,二极管两端电压被限制在它的管压降,硅管约为0.7V,即二极管两端电压被钳位在0.7V。
- 当输入in大于3.3V,D1导通,输入电压会被钳位在3.3V+0.7V=4V上;
- 当输入in小于-3.3V,D2导通,输入电压会被钳位-3.3V-0.7V=-4V上。
- 这样就将输入信号钳制在-4V到+4V之间,达到保护后级电路的目的。