到底是鉗位(Clamping),還是限幅(Clipping)?


Hello, 大家好,最近偶然看到一篇介紹“芯片內部引腳反向並聯的二極管”的文章,這兩個二極管反向並聯在信號引腳與電源、地之間,類似如下圖所示。 

 

 

文章將這兩個二極管稱為“鉗位二極管”,我當時的第一反應是:好像不對吧!應該叫限幅呀!於是在網上搜了一下,基本上都叫鉗位,蝦米?難道是我的理解出錯了?咱從不盲目相信網上的東東,遇到點破事就想着較勁兒,喬峰的蠻勁發作了。其實咱根本就不關心這檔子事的對錯,作為一名技術文章的撰寫者,咱只關心文章的論述能否說服我(即便本身的結論是錯的,但如果能把錯的說成對的並讓我信服,給你獻上膝蓋也並無不可,但想以“我是磚家,只要記住就行了”隨便打發我?不好意思,咱沒“磚家”這個概念),但是似乎並沒有成功,於是查了一些資料,至於是限幅還是鉗位,你自己看着辦!

 

鉗位與限幅的區別在《三極管應用分析精粹:從單管放大到模擬集成電路設計》(以下簡稱“三極管”)的第2章已經詳細討論過,我們來復習一下。鉗位電路(Clamper能夠將輸入交流電壓偏移到另一個不同電壓值上,最簡單的鉗位仿真電路如下圖所示(以下仿真電路與波形圖均來自拙作《三極管》)。

 

 

 

 

假設初始狀態下輸入電壓為-10V,此時VD1導通並對電容C1快速充滿電(極性為左負右正),而輸出電壓僅比公共地(0V)低一個二極管壓降。當輸入電壓跳變為+10V時,由於電容兩端的電壓不能突變,它與輸入電壓串聯形成+20V的輸出電壓,此時VD1是截止的,只要RL的阻值不是很小(即電容放電速度很慢),在輸入電壓再次跳變為-10V之前,我們可以認為電容兩端的壓降是不變,相應的輸入與輸出仿真波形如下圖所示:

 

 

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當然,鉗位電路的具體形式有很多,此處不再贅述。

限幅電路(Clipper / Limiting circuit用於將輸入信號的幅值限制在一定的范圍內,以避免電壓過大而損壞某些元器件,我們同樣來看一個簡單的二極管限幅仿真電路,如下圖所示。

 

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當輸入信號的電壓小於約0.5V時VD1截止,此時回路是不導通的,輸出信號等於輸入信號,而當輸入信號的電壓大於約0.5V時,處於導通狀態的VD1會將輸出電壓限制為一個二極管正向導通壓降(約0.6V),相應的仿真波形如下圖所示。

 

 

限幅電路的具體變化形式也有很多,例如可以通過串入多個二極管(或直流電源)調節需要限制的信號幅度,也可以將二極管的極性反過來連接限制負半周的信號幅度,還可以使用反向並聯的二極管同時限制正負半周的信號幅度,甚至多種方式的混合應用,下圖給出了一些限幅電路及其輸入與輸出波形。

 

 

很多讀者容易混淆“限幅”與“鉗位”,它們兩者的區別是:前者削掉輸入信號波形的一部分而對剩余波形不做任何改變,后者對波形不做改變而僅進行一定數值的偏移,所以也稱為直流重置器(DC Restorer)。從網絡資料來看,clipping與clamping都被翻譯為鉗位,那到底是鉗位還是限幅呢?最近使用到的STM32單片機中的引腳也有這兩個二極管,數據手冊中標注的是“保護二極管Protection Diode”,如下圖所示。但是根據前面的闡述可以知道,鉗位電路只是對波形直流電壓進行平移,很少聽說過有保護作用,這是限幅電路才有的功能,而且很明顯,上圖(e的特例(即VCC1=0)其實就是這兩個保護二極管電路。

 

 

 

所以,你認為集成芯片內部給引腳並聯的是Clipping Diode(限幅二極管)還是Clamping Diode(鉗位二極管)呢?

下圖是《顯示器件應用分析精粹:從芯片架構到驅動程序設計》一書中提到的某款芯片的引腳內部連接圖,你能從相應的數據手冊中找到嗎?

 

 

 


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