如何利用放大器設計魯棒高性價比的解決方案二

　　從半導體運算放大器問世之初，IC設計師就不得不權衡芯片架構與應對其脆弱性所需的外部電路之間的關系。故障保護一直是最棘手的問題例如，, 請參閱“運算放大器輸出反相和輸入過壓保護” 和MT-069, “儀表放大器輸入過壓保護”).

　　系統(tǒng)設計師之所以需要精密運算放大器，是因為它有兩個重要特性：低失調(diào)電壓(VOS)和高共模抑制比(CMRR)，這兩個特性能夠簡化校準并使動態(tài)誤差最小。為在存在電氣過應力(EOS)的情況下保持這些特性，雙極性運算放大器經(jīng)常內(nèi)置箝位二極管，并將小限流電阻與其輸入端串聯(lián)，但這些措施無法應對輸入電壓超過供電軌時引起的故障狀況。為了增加保護，系統(tǒng)設計師可以采用圖6所示的電路。

　　圖6. 利用限流電阻和兩個肖特基二極管提供外部保護的精密運算放大器。RFB與ROVP相等，從而平衡輸入偏置電流引起的失調(diào)

　　如果VIN處的信號源先行上電，ROVP將限制流入運算放大器的電流。肖特基二極管的正向電壓比典型的小信號二極管低200 mV，因此所有過壓電流都會通過外部二極管D1和D2.分流。然而，這些二極管可能會降低運算放大器的性能。例如，可以利用1N5711的反向漏電流曲線(見圖7)來確定特定過壓保護電阻造成的CMRR損失。1N5711在0 V時的反向漏電流為0 nA，在30 V時為60 nA。對于0 V共模電壓， D1 和 D2 引起的額外IOS取決于其漏電流的匹配程度。當V被拉至+15 V時，D1將反向偏置30 V，D2將偏置0 V。因此，額外的60 nA電流流入ROVP.當輸入被拉至–15 V時，D1和D2 的電氣位置交換，60 nA電流流出OVP. 在任意共模電壓下，保護二極管引起的額外 IOS等于:

　　IOSaddr = ID1 – ID2 (2)

　　圖7. 1N5711反向電流與連續(xù)反向電壓之間的關系

　　由公式2可計算出極端共模電壓下的VOS損失:

　　VOSpenalty = IOSaddr × ROVP (3)

　　使用1N5711在30 V時的漏電流60 nA以及5 kΩ保護電阻，兩個極端共模電壓下的VOS將增加300 μV，導致整個輸入電壓范圍內(nèi)的額外 ?VOS 為600 μV。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊，一個具有110 dB CMRR的運算放大器將損失17 dB CMRR。插入反饋電阻來均衡源阻抗只能在共模電壓為0 V時有幫助，但無法防止整個共模范圍內(nèi)產(chǎn)生額外的IOS 表1顯示了保護精密放大器常用的一些二極管的計算結果。對于CMRR損失計算，假設使用5 kΩ保護電阻。所有成本都是來自www.mouser.com的最新美元報價(2011)。