良好的設(shè)計可以減少運算放大器的加電問題

隨著系統(tǒng)的變大，減小功耗在許多電子系統(tǒng)中變得更加重要，設(shè)計人員利用各種電源管理方案，為各子系統(tǒng)提供剛好必須的電源。關(guān)閉各個部分的電源很容易，而重新接通某部分的電源時，不僅應(yīng)該考慮加電期間各步驟的次序，而且需要考慮系統(tǒng)中的設(shè)計變化，以確保加電成功。
運算放大器加電需要遵循以下三步：(1)要有合適的接地；(2)加電前放大器輸入引腳上無電壓；(3)給放大器加電。第一步通常很容易，多數(shù)時候放大器的接地引腳直接接地。第三步中如果加電太快或太慢可能會帶來問題。困難的是第二步，確保加電之前輸入引腳上沒有電壓。
在放大器加電時，輸入引腳帶電會造成以下后果，即：放大器閉鎖，主要是 CMOS 放大器的問題； EDS(靜電放電)二極管通電和不穩(wěn)定輸出，也會影響放大器。

閉鎖導(dǎo)致過熱熔化
當放大器內(nèi)部的晶體管和它們下面的裸片基片之間的 P-N 接頭產(chǎn)生寄生 SCR時，就會發(fā)生閉鎖。SCR 是四層 (PNPN) 器件，一旦觸發(fā)就會保持導(dǎo)通，直到電源切斷。
圖 1 所示為互連的 PNP 及 NPN 晶體管的示意圖，當電流在晶體管基極中流動時，電流將會自我生成，并把該結(jié)構(gòu)鎖在導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)致焊線熔化或該零件損壞。這主要是 CMOS器件的問題。
通過給放大器的輸入引腳串聯(lián)高阻值的電阻器可以消除閉鎖。設(shè)計者需要在各種溫度、供電電壓和電源接通速度下評估電路，以避免閉鎖。限制輸入到放大器的電流，可以使放大器免于毀壞，但無法阻止閉鎖。閉鎖發(fā)生后，必須先切斷其供電引腳和輸入引腳的電源，再重新給放大器加電接通。

ESD二極管提供保護途徑
現(xiàn)代放大器的引腳上都有一對 ESD二極管，保護其內(nèi)部電路免受靜電放電的破壞。
如果靜電放電是“正”進入輸入引腳(如圖 2 所示)，那么高壓側(cè)二極管會把能量傳導(dǎo)到電源的“正”電源電壓軌。如果放電為“負”，那么低壓側(cè) EDS 二極管會前向偏置，并把輸入引腳固定到底部電源電壓軌。在這種方式中，所有引腳偏離供電引腳不超過 0.6 V。
圖 2 中，當放大器處于斷電狀態(tài)時，輸入引腳的低阻抗電壓，使 ESD 二極管導(dǎo)電。如果串聯(lián)兆歐級電阻，將會使 ESD 二極管前向偏置，導(dǎo)致3 微安輸入電流無法正常加電。
如果放大器的輸入引腳直接連接到電源，低阻抗源極可以提供足夠電流，使二極管前向偏置，然后流入電路板的整個電源節(jié)點，為整個系統(tǒng)加電。如果電流足夠大(~100 毫安)，ESD 二極管將會熔化并短路。
和閉鎖一樣，解決辦法就是給輸入引腳增加串聯(lián)電阻。這將確保不會有足夠的電流通過 ESD 二極管給系統(tǒng)供電。ESD 二極管本身可以承受數(shù)十毫安電流，因此它幾乎不會損壞。但此時，浪費電流通常更成問題。應(yīng)盡可能使電路中的電源和輸入引腳設(shè)在禁用狀態(tài)。

不穩(wěn)定的開始
圖 3表明系統(tǒng)加電速度過慢時可能發(fā)生的問題。當放大器在規(guī)定電壓以下工作時，就無法保證穩(wěn)定輸出。通常，輸出在整個供電電壓范圍內(nèi)擺動，直到放大器達到最低工作電壓。
過快加電可能會藕合到輸出，也導(dǎo)致異常。
因此，在放大器測試時，應(yīng)確保所處的系統(tǒng)使用的電源與最終產(chǎn)品中的一樣。由于模擬系統(tǒng)是用實驗室電源開發(fā)測試的，而實際產(chǎn)品中有噪音、軟啟動轉(zhuǎn)換開關(guān)等，為確保正常工作，在設(shè)計中應(yīng)予以考慮。

低溫也會帶來問題
高溫是系統(tǒng)設(shè)計的大敵。器件過熱不僅費電，還導(dǎo)致性能受損，最終使零件熔化。同時，半導(dǎo)體的物理性能在低溫時也不好。
溫度降低時，晶體管VBE會升高，并可能接近 1V，如圖4所示。1V的 VBE使人們很難設(shè)計出在 1.2V電源下的器件。
另外，低溫時還可能發(fā)生穩(wěn)定性方面的問題，例如，有時在容性負載下可能會產(chǎn)生震蕩。關(guān)鍵是利用器件數(shù)據(jù)表中處理溫度效應(yīng)的圖表部分，在低溫和高溫下測試和評估設(shè)計系統(tǒng)。
正確選擇放大器可以有效地解決電源定序等許多問題。VIP10 IC采用電介質(zhì)絕緣、互補雙極性工藝，它在粘合的硅片上運用了深溝 (deep-trench) 技術(shù)，實現(xiàn)了完全的電介質(zhì)絕緣和最優(yōu)的高速放大器性能。
還可以選擇具有關(guān)閉功能的器件。給放大器一直供電，可以幫助把閉鎖和 ESD 二極管供電問題降到最低程度。LMV118是一種滿擺幅輸出電壓反饋放大器，工作頻率達45MHz。輸出電流達