保护单元制造技术

本公开的实施例涉及保护单元

【技术实现步骤摘要】
保护单元、ADC模块和系统


[0001]本公开的实施例一般涉及保护单元
、ADC
模块和系统的领域，更具体地，涉及在爆炸危险区域中使用的保护单元
、ADC
模块和系统
。

技术介绍

[0002]可热插拔的模数转换器
(ADC)
模块广泛地用于各种工业领域中的测量
。
当这些模块用于爆炸危险区域时，例如在
Zone2
中，要求它们满足爆炸
(EX)
保护要求并可以承受高电压
。
现有的
EX
保护电路通常使用电阻器来限制流入
ADC
模块的电流，并且电阻器的值通常非常大
。
大电阻将导致
ADC
的不可接受的误差
。
在测量需要激励电流的情况下，例如电阻温度检测器
(RTD)
测量，大电阻将需要更大的电压来向电流源供电，这将给
EX
保护带来更多的麻烦
。

技术实现思路

[0003]鉴于前述问题，本公开的各种示例性实施例提供了一种用于
ADC
模块中的保护单元，该保护单元使得
ADC
模块能够满足
EX
保护要求并且在不使用大电阻器的情况下承受高电压，从而提高
ADC
模块的测量精度
。
[0004]在本公开的第一方面中，本公开的示例实施例提供了一种保护单元
。
该保护单元包括第一端子；第二端子；第一开关单元，设置在第一端子与保护单元的输出端子之间；第二开关单元，设置在第二端子和保护单元的地之间；以及正过电压保护单元，其耦接到第一端子
、
第一开关单元和第二开关单元，并且被配置为当第一端子处的正电压超过正阈值时切断第一开关单元和第二开关单元
。
通过这些实施例，当过电压被施加到第一端子时，保护单元可以切断第一端子和输出端子之间的连接，这可以保护连接到保护单元的
ADC IC。
[0005]在一些实施例中，保护单元还包括负过电压保护单元，其耦接到第一端子
、
第二端子
、
第一开关单元和第二开关单元，并且被配置为当第一端子处的负电压超过负阈值时切断第一开关单元和第二开关单元
。
通过这些实施例，保护单元可以保护
ADC IC
而不管过电压是正还是负
。
[0006]在一些实施例中，保护单元还包括热插拔单元，热插拔单元耦接到第一开关单元和第二开关单元，并且被配置为当保护单元被热插入到板卡中或从板卡热移除时切断第一开关单元和第二开关单元
。
通过这些实施例，
ADC
模块可以热插入板卡或从板卡热移除，同时满足
EX
保护要求
。
[0007]在一些实施例中，保护单元进一步包括电子静电放电
ESD
电路，其被布置在输出端子处并包括串联连接在地与第一电源之间的第一二极管和第二二极管
。
通过这些实施例，可以进一步提高
ADC IC
的安全性
。
[0008]在一些实施例中，第一开关单元包括第一
MOSFET
，并且第二开关单元包括第二
MOSFET
，其中第一
MOSFET
包括耦接到输出端子的源极
、
耦接到正过电压保护单元的栅极
、
以及通过第一电阻器耦接到第一端子的漏极，并且其中第二
MOSFET
包括耦接到地的源极
、
耦
接到正过电压保护单元的栅极
、
以及耦接到第二端子的漏极
。
通过这些实施例，可以以节省成本的方式实现第一开关单元和第二开关单元
。
[0009]在一些实施例中，正过电压保护单元包括第三二极管
、
第一
PNP
晶体管
、
第一
NPN
晶体管
、
第二电阻器和第三电阻器，其中第三二极管的阳极耦接到第一电阻器和第一端子之间的点，第三二极管的阴极耦接到第二电阻器的第一端子和第三电阻器的第一端子，第二电阻器的第二端子耦接到第一
PNP
晶体管的发射极，第三电阻器的第二端子耦接到第一
PNP
晶体管的基极和第一电源，第一
PNP
晶体管的集电极耦接到第一
NPN
晶体管的基极，第一
NPN
晶体管的集电极耦接到第一
MOSFET
的栅极和第二
MOSFET
的栅极，第一
NPN
晶体管的发射极耦接到地
。
通过这些实施例，可以以低成本的方式实现正过电压保护单元，并且可以可靠地关断
MOSFET。
[0010]在一些实施例中，负过压保护单元包括第四二极管
、
第二
NPN
晶体管
、
第三
NPN
晶体管
、
第二
PNP
晶体管
、
第三
PNP
晶体管
、
第四电阻器
、
第五电阻器
、
第六电阻器
、
第七电阻器
、
第八电阻器，其中第四二极管的阴极耦接到第一电阻器和第一端子之间的点，第四二极管的阳极耦接到第四电阻器的第一端子和第五电阻器的第一端子，第四电阻器的第二端子耦接到第二
NPN
晶体管的基极和第二
PNP
晶体管的集电极，第五电阻器的第二端子耦接到第二
NPN
晶体管的发射极，第二
NPN
晶体管的集电极耦接到第六电阻器的第一端子和第二
PNP
晶体管的基极，第二
PNP
晶体管的发射极耦接到第一
MOSFET
的栅极和第二
MOSFET
的栅极，第二
PNP
晶体管的集电极耦接到地，其中第七电阻器的第一端子和第八电阻器的第一端子耦接到第二
MOSFET
的漏极，第七电阻器的第二端子耦接到第三
PNP
晶体管的发射极，第八电阻器的第二端子耦接到第三
PNP
晶体管的基极和第一电源，第三
PNP
晶体管的集电极耦接到第三
NPN
晶体管的基极，第三
NPN
晶体管的集电极耦接到第一
MOSFET
的栅极和第二
MOSFET
的栅极，第三
NPN
晶体管的发射极耦接到地
。
通过这些实施例，可以以低成本的方式实现负过压保护单元，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种保护单元
(100)
，包括：第一端子
(101)
；第二端子
(102)
；第一开关单元
(104)
，设置在所述第一端子
(101)
与所述保护单元
(100)
的输出端子
(103)
之间；第二开关单元
(105)
，设置在所述第二端子
(102)
与所述保护单元
(100)
的地之间；以及正过电压保护单元
(106)
，耦接到所述第一端子
(101)、
所述第一开关单元
(104)
和所述第二开关单元
(105)
，并且被配置为当所述第一端子
(101)
处的正电压超过正阈值时切断所述第一开关单元
(104)
和所述第二开关单元
(105)。2.
根据权利要求1所述的保护单元
(100)
，还包括：负过压保护单元
(107)
，耦接到所述第一端子
(101)、
所述第二端子
(102)、
所述第一开关单元
(104)
和所述第二开关单元
(105)
，并且被配置为当所述第一端子
(101)
处的负电压超过负阈值时切断所述第一开关单元
(104)
和所述第二开关单元
(105)。3.
根据权利要求2所述的保护单元
(100)
，还包括：热插拔单元
(108)
，耦接到所述第一开关单元
(104)
和所述第二开关单元
(105)
，并且被配置为当所述保护单元
(100)
被热插入到板卡中或从板卡热移除时切断所述第一开关单元
(104)
和所述第二开关单元
(105)。4.
根据权利要求3所述的保护单元
(100)
，还包括电子静电放电
ESD
电路
(109)
，所述
ESD
电路
(109)
被布置在所述输出端子
(103)
处并且包括串联连接在所述地和第一电源
(VDD)
之间的第一二极管
(D1)
和第二二极管
(D2)。5.
根据权利要求4所述的保护单元
(100)
，其中所述第一开关单元
(104)
包括第一
MOSFET(M1)
，并且所述第二开关单元
(105)
包括第二
MOSFET(M2)
，其中所述第一
MOSFET(M1)
包括耦接到所述输出端子
(103)
的源极
、
耦接到所述正过电压保护单元
(106)
的栅极
、
以及通过第一电阻器
(R1)
耦接到所述第一端子
(101)
的漏极，并且其中所述第二
MOSFET(M2)
包括耦接到所述地的源极
、
耦接到所述正过电压保护单元
(106)
的栅极
、
以及耦接到所述第二端子
(102)
的漏极
。6.
根据权利要求5所述的保护单元
(100)
，其中所述正过电压保护单元
(106)
包括第三二极管
(D3)、
第一
PNP
晶体管
(P1)、
第一
NPN
晶体管
(N1)、
第二电阻器
(R2)
和第三电阻器
(R3)
，其中所述第三二极管
(D3)
的阳极耦接到所述第一电阻
(R1)
与所述第一端子
(101)
之间的点，所述第三二极管
(D3)
的阴极耦接到所述第二电阻
(R2)
的第一端子和所述第三电阻
(R3)
的第一端子，所述第二电阻
(R2)
的第二端子耦接到所述第一
PNP
晶体管
(P1)
的发射极，所述第三电阻
(R3)
的第二端子耦接到所述第一
PNP
晶体管
(P1)
的基极和所述第一电源
(VDD)
，所述第一
PNP
晶体管
(P1)
的集电极耦接到所述第一
NPN
晶体管
(N1)
的基极，所述第一
NPN
晶体管
(N1)
的集电极耦接到所述第一
MOSFET(M1)
的栅极和所述第二
MOSFET(M2)
的栅极，所述第一
NPN
晶体管
(N1)
的发射极耦接到所述地
。7.
根据权利要求6所述的保护单元
(100)
，其中所述负过压保护单元
(107)
包括第四二极管
(D4)、
第二
NPN
晶体管
(N2)、
第三
NPN
晶体管
(N3)、
第二
PNP
晶体管
(P2)、
第三
PNP
晶体管
(P3)、
第四电阻器
(R4)、
第五电阻器
(R5)、
第六电阻器
(R6)、
第七电阻器
(R7)、
第八电阻器
(R8)
，其中所述第四二极管<...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈勇飞，石焕，刘玮，袁杰，
申请(专利权)人：ABB，
类型：发明
国别省市：