如何看待放大器IC手册中绝对最大额定值？
时间：10-02
整理：3721RD
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很不幸，构建成功电路的方法有许多，但毁掉电路的方法更多；更不幸，我们所面临的问题/故障有90%都与阅读数据手册时的粗心或误读有关。ps：据说很多小伙伴都有因没仔细阅读数据手册而导致不幸~你中枪了么?欢迎留言分享~
今天我们要从数据手册中的规格下手，说说有关绝对最大额定值的一些常见问题，虽然这些问题的答案看似很明显，但却经常被误解……开始阅读，看您中过招没↓↓↓Q放大器的工作参数可以略微高于绝对最大额定值吗?绝对不可以。必须遵循数据手册中规定的绝对最大额定值，以防对器件造成永久性的损坏。绝对最大额定值表示器件可以承受的限值，而不是器件可以正常工作的限值。例如，当输入电压大于绝对最大额定值时，结果会导致运算放大器的输入差分对击穿，从而造成过大的故障电流。这不但会导致参数性能变化，还会造成金属迁移，随着时间的流逝，结果会对器件造成永久性损坏。简言之，务必与最大额定值保持距离，否则，器件很可能遭到破坏！绝对最大额定值表列出了电压、温度和允许电流的最大限值。注意，超出绝对最大额定值可能会导致器件永久性损坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任何其他超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推断器件能否正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器件的可靠性。
图1. 绝对最大额定值示例表可以对运算放大器施加的最大电源电压取决于制造工艺。这里指的是瞬时值，而非均值或最终值。咱们ADI的低电压CMOS运算放大器一般限为6 V，高电压双极性器件则限为36 V。最大输入电压取决于运算放大器的输入级架构和电源电压。几乎所有运算放大器均由ESD二极管提供保护。输入ESD二极管决定着输入电压可以超过电源电压的程度。一般地，输入电压不得超过供电轨的一个二极管压降(约为300 mV至700 mV，视温度而定)。当运算放大器的工作电压超过输入电压范围但处于绝对最大值以内时，其参数性能会发生变化。运算放大器不会受损，但可能无法正常工作，例如，它可能反相，输入偏置电流或输入失调电压可能大幅增加。一旦输入电压超过绝对最大值，运算放大器就可能遭受永久性损坏。许多人经常会面临一个问题——未供电运算放大器输入端存在电压(电源时序所致)。这会违反绝对最大额定值限制，导致输入过压，并且可能损毁器件。解决此问题的一个简便办法是使用集成输入过压保护的放大器。供应商集成了片内输入过压保护电路，以此作为分立式模拟解决方案的便捷替代方案。举个例子，ADI的过压保护(OVP)精密放大器ADA4091-2允许输入电压最多比电源电压高或低25 V，而不会对器件造成损坏。最大差分输入电压指可以在输入端之间施加但不会诱发过大电流的最大差分电压。有些运算放大器(见图2)利用内置背靠背二极管来保护输入级，防止基极-发射极击穿。通过输入端之间的箝位二极管数量，可以大致推知最大输入差分电压。
图2. 输入差分电压保护绝对最大额定值表还包括输入端允许的最大输入电流。如果数据手册中未提供关于最大输入电流的信息，一条不错的经验法则是，始终把输入电流限制在5 mA以下；如果预计输入电流大于绝对最大值，则在输入端插入串联电阻，对流入器件的电流进行限制。但这样做会带来噪声并增加输入端折合失调电压。Q当超过绝对最大额定值时，器件会立即发生故障吗? 当超过绝对最大额定值时，有几种故障模式——1当超过最大额定值时，器件会立即发生故障。当对放大器施加超大电压时，比如，对6 V CMOS放大器施加30 V电源电压，内置晶体管或结点几乎会立即发生故障。然后，器件会遭到永久性损坏。2如果超过绝对最大额定值持续一段时间，结果可能导致器件故障。有时候，在承受过大电压或电流时，器件不会立即发生故障，但长期如此则会最终遭受损坏。例如，在短时间内，对6 V放大器施加7 V的电压可能是可以接受的。然而，当器件持续遭受过压时，结点会变弱。最后，器件会发生故障。这种情况下，器件的长期可靠性会遭到极大破坏。3超过绝对最大额定值会导致性能下降和结点过热，最终会导致器件故障。过大的输入电流可能导致参数性能变化和金属迁移。随着热量越聚越多，结点热限值也可能被超过。即使不超过结点热限值，较高的结点工作温度也可能导致器件寿命大幅缩短。结论为了避免对放大器造成任何损坏，有必要防止超过绝对最大额定值；为了延长器件寿命，也有必要在绝对最大额定值的基础上拥有充足的安全裕量。
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今天我们要从数据手册中的规格下手，说说有关绝对最大额定值的一些常见问题，虽然这些问题的答案看似很明显，但却经常被误解……开始阅读，看您中过招没↓↓↓Q放大器的工作参数可以略微高于绝对最大额定值吗?绝对不可以。必须遵循数据手册中规定的绝对最大额定值，以防对器件造成永久性的损坏。绝对最大额定值表示器件可以承受的限值，而不是器件可以正常工作的限值。例如，当输入电压大于绝对最大额定值时，结果会导致运算放大器的输入差分对击穿，从而造成过大的故障电流。这不但会导致参数性能变化，还会造成金属迁移，随着时间的流逝，结果会对器件造成永久性损坏。简言之，务必与最大额定值保持距离，否则，器件很可能遭到破坏！绝对最大额定值表列出了电压、温度和允许电流的最大限值。注意，超出绝对最大额定值可能会导致器件永久性损坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任何其他超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推断器件能否正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器件的可靠性。图1. 绝对最大额定值示例表可以对运算放大器施加的最大电源电压取决于制造工艺。这里指的是瞬时值，而非均值或最终值。咱们ADI的低电压CMOS运算放大器一般限为6 V，高电压双极性器件则限为36 V。最大输入电压取决于运算放大器的输入级架构和电源电压。几乎所有运算放大器均由ESD二极管提供保护。输入ESD二极管决定着输入电压可以超过电源电压的程度。一般地，输入电压不得超过供电轨的一个二极管压降(约为300 mV至700 mV，视温度而定)。当运算放大器的工作电压超过输入电压范围但处于绝对最大值以内时，其参数性能会发生变化。运算放大器不会受损，但可能无法正常工作，例如，它可能反相，输入偏置电流或输入失调电压可能大幅增加。一旦输入电压超过绝对最大值，运算放大器就可能遭受永久性损坏。许多人经常会面临一个问题——未供电运算放大器输入端存在电压(电源时序所致)。这会违反绝对最大额定值限制，导致输入过压，并且可能损毁器件。解决此问题的一个简便办法是使用集成输入过压保护的放大器。供应商集成了片内输入过压保护电路，以此作为分立式模拟解决方案的便捷替代方案。举个例子，ADI的过压保护(OVP)精密放大器ADA4091-2允许输入电压最多比电源电压高或低25 V，而不会对器件造成损坏。最大差分输入电压指可以在输入端之间施加但不会诱发过大电流的最大差分电压。有些运算放大器(见图2)利用内置背靠背二极管来保护输入级，防止基极-发射极击穿。通过输入端之间的箝位二极管数量，可以大致推知最大输入差分电压。图2. 输入差分电压保护绝对最大额定值表还包括输入端允许的最大输入电流。如果数据手册中未提供关于最大输入电流的信息，一条不错的经验法则是，始终把输入电流限制在5 mA以下；如果预计输入电流大于绝对最大值，则在输入端插入串联电阻，对流入器件的电流进行限制。但这样做会带来噪声并增加输入端折合失调电压。Q当超过绝对最大额定值时，器件会立即发生故障吗? 当超过绝对最大额定值时，有几种故障模式——1当超过最大额定值时，器件会立即发生故障。当对放大器施加超大电压时，比如，对6 V CMOS放大器施加30 V电源电压，内置晶体管或结点几乎会立即发生故障。然后，器件会遭到永久性损坏。2如果超过绝对最大额定值持续一段时间，结果可能导致器件故障。有时候，在承受过大电压或电流时，器件不会立即发生故障，但长期如此则会最终遭受损坏。例如，在短时间内，对6 V放大器施加7 V的电压可能是可以接受的。然而，当器件持续遭受过压时，结点会变弱。最后，器件会发生故障。这种情况下，器件的长期可靠性会遭到极大破坏。3超过绝对最大额定值会导致性能下降和结点过热，最终会导致器件故障。过大的输入电流可能导致参数性能变化和金属迁移。随着热量越聚越多，结点热限值也可能被超过。即使不超过结点热限值，较高的结点工作温度也可能导致器件寿命大幅缩短。结论为了避免对放大器造成任何损坏，有必要防止超过绝对最大额定值；为了延长器件寿命，也有必要在绝对最大额定值的基础上拥有充足的安全裕量。微信万人群1.仅限射频人员，不重复加群2.先加群主，验证后邀请加入3.需要注明：单位+岗位/方向射频百花潭关注中国最大的射频公众号射频百花潭专注于射频微波/高频高速技术分享和信息传递。由资深射频专家、深圳兴森快捷射频实验室主任、《ADS2008/2011射频电路设计与仿真实例》《HFSS射频仿真设计实例大全》主编徐兴福建立，该号已经50000人关注，10000人加群，包括IEEE Fellow多名。PCB制板、射频/高速PCB设计、仿真请联系群主。