STM32F4 GPIO端口二极管作用——二极管钳位作用

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STM32F4 GPIO端口二极管作用——二极管钳位作用

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。