如何利用放大器設計魯棒高性?xún)r(jià)比的解決方案二

　　從半導體運算放大器問(wèn)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(guān)系。故障保護一直是最棘手的問(wèn)題例如，, 請參閱“運算放大器輸出反相和輸入過(guò)壓保護” 和MT-069, “儀表放大器輸入過(guò)壓保護”).

　　系統設計師之所以需要精密運算放大器，是因為它有兩個(gè)重要特性：低失調電壓(VOS)和高共模抑制比(CMRR)，這兩個(gè)特性能夠簡(jiǎn)化校準并使動(dòng)態(tài)誤差最小。為在存在電氣過(guò)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(wú)法應對輸入電壓超過(guò)供電軌時(shí)引起的故障狀況。為了增加保護，系統設計師可以采用圖6所示的電路。

　　圖6. 利用限流電阻和兩個(gè)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

　　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(guò)壓電流都會(huì )通過(guò)外部二極管D1和D2.分流。然而，這些二極管可能會(huì )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(xiàn)(見(jiàn)圖7)來(lái)確定特定過(guò)壓保護電阻造成的CMRR損失。1N5711在0 V時(shí)的反向漏電流為0 nA，在30 V時(shí)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(shí)，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(shí)，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反向電流與連續反向電壓之間的關(guān)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(shí)的漏電流60 nA以及5 kΩ保護電阻，兩個(gè)極端共模電壓下的VOS將增加300 μV，導致整個(gè)輸入電壓范圍內的額外 ?VOS 為600 μV。根據數據手冊，一個(gè)具有110 dB CMRR的運算放大器將損失17 dB CMRR。插入反饋電阻來(lái)均衡源阻抗只能在共模電壓為0 V時(shí)有幫助，但無(wú)法防止整個(gè)共模范圍內產(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(lái)自www.mouser.com的最新美元報價(jià)(2011)。