箝位二極管電路如何用于保護(hù)GPIO？

在這篇文章中，小編將對(duì)鉗位二極管的相關(guān)內(nèi)容和情況加以介紹以幫助大家增進(jìn)對(duì)它的了解程度，和小編一起來(lái)閱讀以下內(nèi)容吧。

一、鉗位二極管

鉗位二極管，也被稱為保護(hù)二極管或壓擺二極管，是一種具有特殊電壓響應(yīng)特性的電子元件。它的主要作用是在電路中限制某點(diǎn)的電位，防止電壓過(guò)大導(dǎo)致電路元件損壞。當(dāng)電路中的電壓超過(guò)鉗位二極管設(shè)定的鉗位電壓時(shí)，二極管會(huì)自動(dòng)導(dǎo)通，將電壓鉗制在預(yù)定水平，從而保護(hù)電路中的其他元件。

鉗位二極管的工作原理基于其正向?qū)ㄌ匦?。在正向工作狀態(tài)下，當(dāng)輸入電壓小于鉗位電壓時(shí)，鉗位二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于一個(gè)開路；而當(dāng)輸入電壓超過(guò)鉗位電壓時(shí)，二極管開始導(dǎo)通，將電壓限制在鉗位電壓附近。這種特性使得鉗位二極管在電路中具有很好的保護(hù)作用。

鉗位二極管的功率因型號(hào)和應(yīng)用場(chǎng)景而異。其中，瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）作為一種高效的電路保護(hù)器件，能吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率。TVS二極管在反向應(yīng)用條件下，當(dāng)承受一個(gè)高能量的大脈沖時(shí)，其工作阻抗會(huì)立即降至極低的導(dǎo)通值，允許大電流通過(guò)，并將電壓鉗制在預(yù)定水平。這種特性使得TVS二極管在防雷擊、防過(guò)電壓、抗干擾等方面具有顯著效果。

二、箝位二極管電路如何用于保護(hù)GPIO

GPIO的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)采用箝位二極管電路，如下圖所示。其功能是防止來(lái)自外部I/O引腳的電壓輸入過(guò)高或過(guò)低而對(duì)內(nèi)部電路造成損壞。如果來(lái)自Pin的信號(hào)輸入電壓超過(guò)VDD加上上二極管的導(dǎo)通壓降，二極管將導(dǎo)通，多余的電流將被吸引到VDD，而輸入到內(nèi)部的實(shí)際信號(hào)電壓不會(huì)超過(guò)VDD+0.7V。如果來(lái)自Pin的信號(hào)電壓輸入低于VSS，則由于較低二極管的影響，實(shí)際輸入內(nèi)部信號(hào)電壓將被箝位至VSS-0.7V左右。

GPIO的基準(zhǔn)電源VDD由鉗位二極管D1的陰極拉起，箝位二極管D2的陽(yáng)極連接到GND。

當(dāng)輸出電壓大于VDD時(shí);D1導(dǎo)通，D2關(guān)斷，引腳電壓為VDD（忽略二極管導(dǎo)通壓降）;

當(dāng)輸入電壓小于GND時(shí);D1關(guān)斷，D2導(dǎo)通，引腳電壓為GND（忽略二極管的導(dǎo)通壓降）;

因此，輸入電壓范圍可以控制在［GND，VDD］之間，以保護(hù)引腳免受損壞。如何確定 GPIO 是否損壞？方法如下：

首先，將萬(wàn)用表調(diào)整到二極管位置，將紅色測(cè)試引線連接到主板的GND，并將黑色測(cè)試引線連接到測(cè)試GPIO引腳。此時(shí)，是測(cè)量二極管D2是否損壞。測(cè)試值是二極管的導(dǎo)通值，一般范圍為0.4-0.6V。超出此范圍就是二極管擊穿。

其次，將紅色測(cè)試引線連接到測(cè)試 GPIO 引腳，將黑色測(cè)試引線連接到 GND。此時(shí)，是測(cè)量二極管D1是否損壞。

添加箝位二極管可以保護(hù)微控制器的輸入和輸出端口。如上圖所示，增加兩個(gè)肖特基二極管作為鉗位二極管，可以有效防止GPIO被靜電擊穿。當(dāng)電壓大于VDD時(shí)，D1導(dǎo)通，靜電通過(guò)D1釋放到VDD;當(dāng)電壓小于GND時(shí)，D2導(dǎo)通，靜電通過(guò)D2釋放到GND。由于需要快速釋放靜電，一般選擇肖特基二極管或快速開關(guān)二極管作為箝位二極管。

以上所有內(nèi)容便是小編此次為大家?guī)?lái)的有關(guān)鉗位二極管的所有介紹，如果你想了解更多有關(guān)它的內(nèi)容，不妨在我們網(wǎng)站進(jìn)行探索哦。