钳位二极管是单行道

对于二极管的单向导通特性，我们最熟悉的应用就要属二极管整流了，还有一种钳位电路，也是利用它的这一特性。所谓的钳位，就是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，这就是钳位了.

“当 V CC = 0 V时，我是否允许有输入信号?”

“如果输入或输出电压低于 GND 会发生什么?”

客户经常问这些问题——而且有充分的理由。许多标准逻辑数据表没有明确指定输入高于 V CC或低于接地 (GND) 的条件。在这些边缘电压下，器件本身在数据表中几乎没有(如果有的话)性能特征。

大多数 TI 器件最重要的特性之一是具有静电放电 (ESD) 保护功能。事实上，在某些器件中，ESD 保护电路占据了芯片上的大部分空间。通常，ESD 电路包括一个二极管，当输入电压接近不安全水平时，该二极管将过电流引导至 GND(通过反向击穿)或 V CC (通过正向偏置)。目的是防止内部电路出现损坏情况。

但是，ESD 二极管可能会产生一些意想不到的影响。例如，如果有一个输入二极管从输入端连接到 V CC ，则 V CC = 0 时的输入电压将导致电流通过器件流向 V CC引脚。同样，当输入达到低于 GND 的某个电平时，从 GND 到输入的二极管将导致电流从 GND 流向输入。

那么我们如何知道输入二极管何时存在，以及如何防止负面影响?

绝对最大额定值表(表 1)包含答案。

表 1：样本绝对最大额定值表

在这个模拟开关上，我们可以看到 I/O 引脚上的电压不允许高于 V CC或低于 -0.5V。因此，我们可以得出结论，在器件的每个 I/O 端口上都有一个二极管到 V CC和一个从 GND 的二极管。

图 1：器件的 ESD 二极管结构，Absolute Max Table 与表 1 类似

表 2 提供了另一个示例，其中绝对最大评级的结构略有不同。

表 2：具有不同输入与输出限制的示例绝对最大额定值表

我们可以在这里看到二极管从 GND 到输入和输出都存在，到 V CC的 ESD 二极管存在于输出。当器件处于高电平或低电平状态时，存在通过 V CC二极管传导电流的风险。该器件具有称为高阻抗状态的特殊功能，可防止电流通过二极管回流。它还具有当 V CC = 0 时的保护电路，称为 I OFF。

然而，从 V CC + 0.5V 声明中，我们知道有一个二极管从输出连接到 VCC，并且有保护电路来防止某些配置中的问题。

图 2：具有类似于表 2 的绝对最大额定值的器件的 ESD 二极管结构

但是有什么限制呢?规范 IIK 和 IOK 描述了通过 ESD 二极管流入器件(正值)和流出器件(负值)的电流限制。考虑第一种情况(表 3)，我们有两个 GND 二极管。

表 3：绝对最大额定值中钳位电流的样本额定值

GND 二极管中的电流限制在 50mA。对于 V CC二极管的第二种情况，“输出钳位电流”将有一个 +/- 符号，表示电流可以双向流动(流入 V CC二极管或流出 GND 二极管)。

最好避免 ESD 二极管可能开启的情况。大多数数据表都指定了输入和输出电压规则的例外情况——因此，如果我们使用输入或输出上的串联电阻器限制二极管钳位电流，我们的设备损坏风险将大大降低。