【導讀】可ke編bian程cheng邏luo輯ji控kong製zhi器qi中zhong的de一yi個ge關guan鍵jian子zi係xi統tong是shi模mo擬ni輸shu入ru模mo塊kuai，它ta提ti供gong了le一yi個ge高gao精jing度du前qian端duan來lai測ce量liang各ge種zhong傳chuan感gan器qi。但dan是shi，在zai許xu多duo情qing況kuang下xia，放fang大da器qi輸shu入ru級ji通tong過guo長chang電dian纜lan連lian接jie到dao遠yuan程cheng傳chuan感gan器qi，並bing且qie容rong易yi受shou到dao過guo壓ya條tiao件jian的de影ying響xiang。在zai本ben文wen中zhong，我wo將jiang介jie紹shao運yun算suan放fang大da器qi（op-amp）輸入過壓保護的基本概念，並討論如何為過壓故障選擇正確的鉗位保護電路。

輸入模塊中使用的運算放大器的數據表應提供有關電氣過應力條件下絕對最大額定值的規範。電氣過應力狀況分為兩類：靜電放電（ESD）和輸入電氣過應力（EOS）。 ESD事shi件jian是shi兩liang個ge人ren體ti在zai不bu同tong靜jing電dian勢shi下xia突tu然ran轉zhuan移yi的de靜jing電dian荷he。靜jing電dian勢shi通tong常chang可ke以yi相xiang隔ge數shu千qian伏fu，並bing且qie電dian荷he轉zhuan移yi通tong常chang在zai幾ji分fen之zhi一yi秒miao內nei發fa生sheng。相xiang反fan，當dang電dian路lu在zai相xiang當dang長chang的de一yi段duan時shi間jian內nei暴bao露lu於yu過guo電dian壓ya條tiao件jian（例如由意外連接引起的故障）時，就會發生EOS事件。這些EOS額定值表示設備可以承受而不會損壞的最大電源電壓，輸入電壓和輸入電流。

通常，運算放大器具有內部ESD保護結構，旨在在製造和生產測試期間保護運算放大器。 ESD保護中使用的三種常見結構（如圖1所示）是串聯電阻器，轉向二極管和吸收器件。轉向二極管導通，將ESD脈衝從敏感電路元件引向吸收裝置。吸收裝置吸收ESD脈衝的能量並限製電壓電平以防止損壞。

圖1通常，運算放大器內部包含三個ESD保護結構。

運算放大器對EOS的最大額定值取決於內部ESD二極管可以承受的最大電壓和連續電流。但是，這些結構並不是為了保護設備免受電路故障期間可能發生的更長的EOS事件影響。取而代之的是
，可能需要外部電路鉗位來保護運算放大器輸入電路免受EOS事件的影響。肖特基二極管和串聯電阻是幫助保護運算放大器輸入免受過壓故障的一種原因。

讓我們考慮一下圖2所示的±10V模擬輸入模塊電路。在該電路中
，運算放大器緩衝器提供了高輸入阻抗，可與各種傳感器接口。 THP210全差分放大器（FDA）對緩衝的信號進行衰減和電平轉換，以驅動模數轉換器。 FDA是一款精密

，低噪聲

，低漂移的放大器，配置為轉折頻率為100 kHz的二階Butterworth低通濾波器。

圖2該高阻抗±10V模擬輸入模塊的前端使用肖特基二極管和其他元件來保護運算放大器免受EOS事件的影響。

本示例中顯示了兩種類型的保護電路
，其中的鉗位電路旨在為±40 V連續過壓故障提供輸入保護。瞬態電壓抑製（TVS）二極管用於鉗位電源軌，吸收鉗位電路電流，以使電源保持在運算放大器的±20V絕對電源額定值以下。 TVS二極管類似於齊納二極管
，但設計用於快速
，大的瞬態功耗。所示的SMF12A是單向TVS，具有12 V的反向隔離電壓，14.7 V的擊穿電壓和19.9 V的最大鉗位電壓。使用1.24-kΩ時，±40V故障期間的電流限製為20 mA。
，1/2 W RLIMIT電阻

，如圖3所示。

運放輸入中使用的肖特基二極管具有金屬半導體結，其正向壓降低於矽結二極管（例如，運放中用於ESD保護的二極管）。圖3詳細說明了外部保護鉗位電路的此屬性與那些內部ESD二極管一起工作的方式。

在此示例中，BAS40是小信號肖特基二極管，在1 mA時的正向電壓接近380 mV。相比之下

，內部ESD結構在相同的正向電流下具有約550 mV的正向電壓。因此，肖特基二極管在放大器的內部ESD二極管之前導通，並且大多數湧入電流流過外部鉗位電路。內部ESD結構隻能承受10 mA的電流，而外部肖特基二極管可以處理高達200 mA的正向連續電流，從而提供強大的保護。

圖3此常用的運算放大器輸入保護肖特基二極管鉗位在內部二極管之前導通，從而使大部分浪湧電流流過外部二極管。

盡(jin)管(guan)外(wai)部(bu)肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)鉗(qian)位(wei)電(dian)路(lu)提(ti)供(gong)了(le)強(qiang)大(da)的(de)過(guo)壓(ya)保(bao)護(hu)，但(dan)該(gai)鉗(qian)位(wei)電(dian)路(lu)的(de)缺(que)點(dian)是(shi)會(hui)引(yin)入(ru)信(xin)號(hao)誤(wu)差(cha)。在(zai)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)期(qi)間(jian)，反(fan)向(xiang)偏(pian)置(zhi)的(de)肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)會(hui)顯(xian)示(shi)反(fan)向(xiang)漏(lou)電(dian)流(liu)，該(gai)電(dian)流(liu)會(hui)流(liu)過(guo)RLIMIT電阻，從而產生不希望的偏移。本示例中使用的BAS40提供200 nA的極低泄漏電流，從而使失調誤差保持最小。您還可以選擇減小RLIMIT電阻以最小化這些失調誤差，但要權衡的是增加故障電流。故障電流的這種增加將需要一個額定功率更高的電阻。

但dan是shi，二er極ji管guan泄xie漏lou電dian流liu可ke能neng會hui隨sui著zhe反fan向xiang電dian壓ya的de變bian化hua而er略lve有you變bian化hua。因yin此ci
，二er極ji管guan之zhi間jian反fan向xiang漏lou電dian流liu的de失shi配pei會hui引yin起qi小xiao的de非fei線xian性xing誤wu差cha，這zhe是shi輸shu入ru電dian壓ya的de函han數shu。此ci外wai，二er極ji管guan的de泄xie漏lou電dian流liu隨sui溫wen度du呈cheng指zhi數shu增zeng長chang。例li如ru
，這zhe種zhong肖xiao特te基ji二er極ji管guan的de典dian型xing泄xie漏lou電dian流liu在zai25⁰C時約為〜20nA。但是，泄漏電流在85⁰C時可以增加到2µA

，而在100⁰C以上時可以增加到10µA。

幸運的是，一些現代精密運算放大器提供了集成的輸入過壓保護，從而消除了對此類外部鉗位電路的需求。圖4顯示了OPA2206的集成輸入保護。它的輸入受到保護，可承受超出任一電源的±40 V電壓，如果電源關閉則可承受±40 V的電壓。

圖4該集成的運算放大器輸入保護鉗位會在輸入過載時改變阻抗

，在EOS期間提供保護，同時將正常操作期間的影響降至最低。

OPA2206的de內nei部bu保bao護hu電dian路lu可ke在zai正zheng常chang信xin號hao條tiao件jian下xia提ti供gong低di串chuan聯lian阻zu抗kang
，從cong而er保bao持chi所suo需xu的de運yun算suan放fang大da器qi精jing度du。但dan是shi
，如ru果guo輸shu入ru過guo載zai，則ze保bao護hu電dian路lu會hui增zeng加jia串chuan聯lian阻zu抗kang，並bing將jiang輸shu入ru電dian流liu限xian製zhi為wei大da約yue±5 mA。因此，集成的輸入保護鉗位使您能夠通過可靠的保護獲得準確的結果，同時降低成本並縮小解決方案尺寸。

過壓保護是一個廣泛的主題，顯示的方法隻是保護運算放大器輸入的許多不同方式中的一些。有關更多信息，請查看TI Precision Labs –電氣過應力視頻係列。該係列詳細介紹了EOS運算放大器保護以及如何為您的應用設計合適的鉗位電路。

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