到底是钳位（Clamping），还是限幅（Clipping）？

Hello， 大家好，最近偶然看到一篇介绍“芯片内部引脚反向并联的二极管”的文章，这两个二极管反向并联在信号引脚与电源、地之间，类似如下图所示。 

 

 

文章将这两个二极管称为“钳位二极管”，我当时的第一反应是：好像不对吧！应该叫限幅呀！于是在网上搜了一下，基本上都叫钳位，虾米？难道是我的理解出错了？咱从不盲目相信网上的东东，遇到点破事就想着较劲儿，乔峰的蛮劲发作了。其实咱根本就不关心这档子事的对错，作为一名技术文章的撰写者，咱只关心文章的论述能否说服我（即便本身的结论是错的，但如果能把错的说成对的并让我信服，给你献上膝盖也并无不可，但想以“我是砖家，只要记住就行了”随便打发我？不好意思，咱没“砖家”这个概念），但是似乎并没有成功，于是查了一些资料，至于是限幅还是钳位，你自己看着办！

 

钳位与限幅的区别在《三极管应用分析精粹：从单管放大到模拟集成电路设计》（以下简称“三极管”）的第2章已经详细讨论过，我们来复习一下。钳位电路（Clamper）能够将输入交流电压偏移到另一个不同电压值上，最简单的钳位仿真电路如下图所示（以下仿真电路与波形图均来自拙作《三极管》）。

 

 

 

 

假设初始状态下输入电压为-10V，此时VD₁导通并对电容C₁快速充满电（极性为左负右正），而输出电压仅比公共地（0V）低一个二极管压降。当输入电压跳变为+10V时，由于电容两端的电压不能突变，它与输入电压串联形成+20V的输出电压，此时VD₁是截止的，只要R_L的阻值不是很小（即电容放电速度很慢），在输入电压再次跳变为-10V之前，我们可以认为电容两端的压降是不变，相应的输入与输出仿真波形如下图所示：

 

 

当然，钳位电路的具体形式有很多，此处不再赘述。

限幅电路（Clipper / Limiting circuit）用于将输入信号的幅值限制在一定的范围内，以避免电压过大而损坏某些元器件，我们同样来看一个简单的二极管限幅仿真电路，如下图所示。

 

当输入信号的电压小于约0.5V时VD₁截止，此时回路是不导通的，输出信号等于输入信号，而当输入信号的电压大于约0.5V时，处于导通状态的VD₁会将输出电压限制为一个二极管正向导通压降（约0.6V），相应的仿真波形如下图所示。

 

 

限幅电路的具体变化形式也有很多，例如可以通过串入多个二极管（或直流电源）调节需要限制的信号幅度，也可以将二极管的极性反过来连接限制负半周的信号幅度，还可以使用反向并联的二极管同时限制正负半周的信号幅度，甚至多种方式的混合应用，下图给出了一些限幅电路及其输入与输出波形。

 

 

很多读者容易混淆“限幅”与“钳位”，它们两者的区别是：前者削掉输入信号波形的一部分而对剩余波形不做任何改变，后者对波形不做改变而仅进行一定数值的偏移，所以也称为直流重置器（DC Restorer）。从网络资料来看，clipping与clamping都被翻译为钳位，那到底是钳位还是限幅呢？最近使用到的STM32单片机中的引脚也有这两个二极管，数据手册中标注的是“保护二极管（Protection Diode）”，如下图所示。但是根据前面的阐述可以知道，钳位电路只是对波形直流电压进行平移，很少听说过有保护作用，这是限幅电路才有的功能，而且很明显，上图（e）的特例（即V_CC1=0）其实就是这两个保护二极管电路。

 

 

 

所以，你认为集成芯片内部给引脚并联的是Clipping Diode（限幅二极管）还是Clamping Diode（钳位二极管）呢？

下图是《显示器件应用分析精粹：从芯片架构到驱动程序设计》一书中提到的某款芯片的引脚内部连接图，你能从相应的数据手册中找到吗？