當(dāng)運(yùn)算放大器的輸入電壓超過(guò)額定輸入電壓范圍，或者在極端情況下，超過(guò)放大器的電源電壓時(shí)，放大器可能發(fā)生故障甚至受損。本文討論 過(guò)壓狀況的一些常見(jiàn)原因和影響，為無(wú)保護(hù)的放大器增加過(guò)壓保護(hù) 是如何的麻煩，以及集成過(guò)壓保護(hù)的新型放大器如何能為設(shè)計(jì)工程師提供緊湊、魯棒、透明、高性?xún)r(jià)比的解決方案。

　　所有電子器件的可耐受電壓都有一個(gè)上限，超過(guò)上限就會(huì)產(chǎn)生影響，輕則導(dǎo)致工作暫時(shí)中斷或系統(tǒng)閂鎖，重則造成永久性損害。特定器件能夠耐受的過(guò)壓量取決于多個(gè)因素，包括是否安裝或意外接觸器件、過(guò)壓事件的幅度和持續(xù)時(shí)間、器件的魯棒性等。

　　精密放大器常常是傳感器測(cè)量信號(hào)鏈中的第一個(gè)器件，因而最容易受到過(guò)壓故障的影響。選擇精密放大器時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須了解放大器的 共模輸入范圍 。在數(shù)據(jù)手冊(cè)中，共模輸入范圍可能是用輸入電壓范圍 (IVR), 測(cè)試條件下的 共模抑制比 (CMRR),或以上二者來(lái)規(guī)定。.

　　過(guò)壓狀況的實(shí)際原因

　　放大器需要兩種保護(hù)：一是過(guò)壓保護(hù) 用以防止電源時(shí)序控制、休眠模式切換和電壓尖峰引起的故障;二是 ESD 靜電放電)保護(hù)，用以防止靜電放電 (甚至搬運(yùn)過(guò)程中也可能出現(xiàn)靜電放電),引起的故障。 安裝后, 器件可能會(huì)受系統(tǒng)電源時(shí)序控制，導(dǎo)致重復(fù)性過(guò)壓應(yīng)力。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必須想方設(shè)法使故障電流避開(kāi)敏感的器件，或者限制故障電流，使其不致于損壞器件。

　　在有多個(gè)電源電壓的復(fù)雜分布式電源架構(gòu) (DPA)系統(tǒng)中, 電源時(shí)序控制可以使系統(tǒng)電路各部分的電源在不同的時(shí)間開(kāi)啟和關(guān)閉。時(shí)序控制不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致某個(gè)器件的某個(gè)引腳發(fā)生過(guò)壓或閂鎖狀況。

　　隨著人們?cè)絹?lái)越關(guān)注能源效率，許多系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的休眠 和待機(jī) 模式。這意味著，在系統(tǒng)的某些部分已關(guān)斷的同時(shí)，其它部分仍然可能處于上電和活動(dòng)狀態(tài)。與電源時(shí)序控制一樣，這些情況可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)法預(yù)測(cè)的過(guò)壓事件，但主要是在輸入引腳上。

　　許多類(lèi)型的傳感器會(huì)產(chǎn)生意想不到的、與它們要測(cè)量的物理現(xiàn)象無(wú)關(guān)的輸出尖峰，這類(lèi)過(guò)壓狀況一般僅影響輸入引腳。

　　靜電放電是一種廣為人知的過(guò)壓事件，常常發(fā)生在安裝器件之前。它造成的損害非常廣泛，以至于業(yè)界主要規(guī)范，如JESD22-A114D, determine how to test and specify the semiconductor’s 等，不得不明確如何測(cè)試和規(guī)定半導(dǎo)體耐受各類(lèi)ESD事件的能力。幾乎所有半導(dǎo)體產(chǎn)品都包含某種形式的集成保護(hù)器件。出現(xiàn)高能脈沖時(shí)，ESD單元應(yīng)進(jìn)入低阻抗?fàn)顟B(tài)。這不會(huì)限制輸入電流，但能提供到供電軌的低阻抗路徑。

　　一個(gè)簡(jiǎn)單的案例研究：電源時(shí)序控制

　　隨著混合信號(hào)電路變得無(wú)處不在，單一PCB上的多電源需求也變得非常普遍。關(guān)于新設(shè)計(jì)需要考慮的一些微妙問(wèn)題，特別是需要許多不相關(guān)的電源時(shí)，請(qǐng)參閱應(yīng)用筆記AN-932 “電源時(shí)序控制,”.

　　精密放大器可能會(huì)成為這種狀況的受害者。圖1顯示了一個(gè)配置成差分放大器的運(yùn)算放大器。放大器通過(guò)RSENSE 檢測(cè)電流，并提供與相應(yīng)壓降成比例的輸出。必須采取措施，確保由R3和R4構(gòu)成的分壓器將輸入偏置在額定IVR范圍內(nèi)的某處。如果放大器的電源電壓不是從VSY, 獲得,并且VCC在VSY,之后出現(xiàn)，則A1反相輸入端的電壓為：

　　V– = VSY – (I– × R1) (1)

　　其中I–由無(wú)電源時(shí)A1的輸入阻抗決定。如果放大器不包含過(guò)壓處理設(shè)計(jì)，則最有可能的電流路徑是通過(guò)ESD二極管、箝位二極管或寄生二極管流向電源或地。如果此電壓超出IVR范圍，或者電流超過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)定的額定最大值，器件可能會(huì)受損。

　　ADA4091 和 ADA4096, 等過(guò)壓保護(hù)放大器所用的ESD結(jié)構(gòu)不是二極管，而是DIAC 器件(雙向“交流二極管”)，這使得此類(lèi)放大器即使沒(méi)有電源也能承受過(guò)壓狀況。

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　　圖1. 差分放大器高端電流傳感器。如果VSY 先于VCC,上電，放大器的輸入電壓或電流可能會(huì)超過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)定的最大值