运算放大器输入过压保护：箝位与集成

满足要求的集成式解决方案

ADA4177 是一款高精度运算放大器，集成过压保护。集成式ESD二极管用作过压箝位，保护器件。耗尽型FET位于ESD二极管之前，与各个输入端串联连接。它们具有动态电阻，会随着输入电压 (VCM) 超过电源电压而增加。随着输入电压上升，内部FET的漏极-源极电阻 (RDSON) 增加，从而限制了跟随电压的上升而呈指数增长的电流（参见图4）。由于ADA4177在输入端采用耗尽型FET，并且由于它不是一个串联保护电阻，因此运算放大器不会在电阻两端产生箝位OVP电路那样的失调电压问题。


图4. ADA4177输入偏置电流随过压的增加而受限。

ADA4177输入可耐受电源电压以上最高32 V的电压。它将过压电流限制在10 mA至12 mA（典型值）范围内，从而不使用任何外部元件即保护了运算放大器。如图5所示，哪怕在125°C 时，该被测单元的失调电压也只有40 μV。该值为箝位电路在此温度下误差值的3%都不到。精度性能得到了保留！


图5. ADA4177采用集成式OVP时输入失调电压与输入电压的 关系。

这对系统性能而言意味着什么

分析输入电压的变化对信号路径精度的影响时，系统设计人员会考虑放大器的共模抑制比 (CMRR)。它表示输出端能抑制多少共模输入电压（或者通过了多少）。由于运算放大器通 常配置为提供输入与输出之间的增益，因此我们以输入失调电压变化为参照归一化CMRR规格（即输出变化除以放大器 闭环增益）。共模抑制比是一个正数值，以dB为单位，计算公式如下：

        CMRR = 20 log (ΔVCM/ΔVOS)

从这个比值中可以看到，有必要保持VOS尽量低。ADA4177额定值在完整的工作温度范围内保证具有125 dB最小CMRR限值。通过本实验中被测单元的测试结果可以计算并对比箝位 电路和ADA4177的CMRR。表1显示了使用经典箝位二极管电路时精度的极大损失，以及集成FET过压保护的ADA4177的 出色CMRR性能。

表1. ADA4177与带箝位二极管的分立式OVP的CMRR对比

过压保护方法	25°C	85°C	125°C
ADA4177	143  dB	145  dB	142  dB
ADA4077和箝位OVP	113  dB	78  dB	58  dB

参考文献
Arkin, Michael 和 Eric Modica。"鲁棒的放大器提供集成过压保护。"《模拟对话 》，第46卷第1期，2012年。      

视频："ADA4096-2输入过压保护放大器。"ADI公司。

      

视频："ADA4177：集成OVP和EMI的运算放大器具有卓越的鲁棒性和精度。"ADI公司。

      欲了解更多有关ADA4177和ADA4077的信息，请参见产品页面和数据手册： ADA4177 和 ADA4077。

Author
Daniel Burton [daniel.burton@analog.com] 是ADI公司的应用工程师。他拥有圣何塞州立大学的电气工程学士学位，其职业生涯大多从事检测和精密线性信号路径相关的职位。Dan于2010年加入ADI公司，并专注于精密放大器和基准电压源产品。