良好的設計可以減少運算放大器的加電問(wèn)題

隨著(zhù)系統的變大，減小功耗在許多電子系統中變得更加重要，設計人員利用各種電源管理方案，為各子系統提供剛好必須的電源。關(guān)閉各個(gè)部分的電源很容易，而重新接通某部分的電源時(shí)，不僅應該考慮加電期間各步驟的次序，而且需要考慮系統中的設計變化，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(wú)電壓；(3)給放大器加電。第一步通常很容易，多數時(shí)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(huì )帶來(lái)問(wèn)題。困難的是第二步，確保加電之前輸入引腳上沒(méi)有電壓。
在放大器加電時(shí)，輸入引腳帶電會(huì )造成以下后果，即：放大器閉鎖，主要是 CMOS 放大器的問(wèn)題； EDS(靜電放電)二極管通電和不穩定輸出，也會(huì )影響放大器。

閉鎖導致過(guò)熱熔化
當放大器內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(shí)，就會(huì )發(fā)生閉鎖。SCR 是四層 (PNPN) 器件，一旦觸發(fā)就會(huì )保持導通，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(dòng)時(shí)，電流將會(huì )自我生成，并把該結構鎖在導通狀態(tài)，導致焊線(xiàn)熔化或該零件損壞。這主要是 CMOS器件的問(wèn)題。
通過(guò)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(wú)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
現代放大器的引腳上都有一對 ESD二極管，保護其內部電路免受靜電放電的破壞。
如果靜電放電是“正”進(jìn)入輸入引腳(如圖 2 所示)，那么高壓側二極管會(huì )把能量傳導到電源的“正”電源電壓軌。如果放電為“負”，那么低壓側 EDS 二極管會(huì )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(guò) 0.6 V。
圖 2 中，當放大器處于斷電狀態(tài)時(shí)，輸入引腳的低阻抗電壓，使 ESD 二極管導電。如果串聯(lián)兆歐級電阻，將會(huì )使 ESD 二極管前向偏置，導致3 微安輸入電流無(wú)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(gè)電源節點(diǎn)，為整個(gè)系統加電。如果電流足夠大(~100 毫安)，ESD 二極管將會(huì )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(huì )有足夠的電流通過(guò) ESD 二極管給系統供電。ESD 二極管本身可以承受數十毫安電流，因此它幾乎不會(huì )損壞。但此時(shí)，浪費電流通常更成問(wèn)題。應盡可能使電路中的電源和輸入引腳設在禁用狀態(tài)。

不穩定的開(kāi)始
圖 3表明系統加電速度過(guò)慢時(shí)可能發(fā)生的問(wèn)題。當放大器在規定電壓以下工作時(shí)，就無(wú)法保證穩定輸出。通常，輸出在整個(gè)供電電壓范圍內擺動(dòng)，直到放大器達到最低工作電壓。
過(guò)快加電可能會(huì )藕合到輸出，也導致異常。
因此，在放大器測試時(shí)，應確保所處的系統使用的電源與最終產(chǎn)品中的一樣。由于模擬系統是用實(shí)驗室電源開(kāi)發(fā)測試的，而實(shí)際產(chǎn)品中有噪音、軟啟動(dòng)轉換開(kāi)關(guān)等，為確保正常工作，在設計中應予以考慮。

低溫也會(huì )帶來(lái)問(wèn)題
高溫是系統設計的大敵。器件過(guò)熱不僅費電，還導致性能受損，最終使零件熔化。同時(shí)，半導體的物理性能在低溫時(shí)也不好。
溫度降低時(shí)，晶體管VBE會(huì )升高，并可能接近 1V，如圖4所示。1V的 VBE使人們很難設計出在 1.2V電源下的器件。
另外，低溫時(shí)還可能發(fā)生穩定性方面的問(wèn)題，例如，有時(shí)在容性負載下可能會(huì )產(chǎn)生震蕩。關(guān)鍵是利用器件數據表中處理溫度效應的圖表部分，在低溫和高溫下測試和評估設計系統。
正確選擇放大器可以有效地解決電源定序等許多問(wèn)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(shí)現了完全的電介質(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(wèn)題降到最低程度。LMV118是一種滿(mǎn)擺幅輸出電壓反饋放大器，工作頻率達45MHz。輸出電流達