如何利用放大器設(shè)計魯棒高性價比的解決方案二

　　從半導(dǎo)體運(yùn)算放大器問世之初，IC設(shè)計師就不得不權(quán)衡芯片架構(gòu)與應(yīng)對其脆弱性所需的外部電路之間的關(guān)系。故障保護(hù)一直是最棘手的問題例如，, 請參閱“運(yùn)算放大器輸出反相和輸入過壓保護(hù)” 和MT-069, “儀表放大器輸入過壓保護(hù)”).

　　系統(tǒng)設(shè)計師之所以需要精密運(yùn)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(zhǔn)并使動態(tài)誤差最小。為在存在電氣過應(yīng)力(EOS)的情況下保持這些特性，雙極性運(yùn)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(yīng)對輸入電壓超過供電軌時引起的故障狀況。為了增加保護(hù)，系統(tǒng)設(shè)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(hù)的精密運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(hù)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(dāng)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(dāng)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(hù)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(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時的漏電流60 nA以及5 kΩ保護(hù)電阻，兩個極端共模電壓下的VOS將增加300 μV，導(dǎo)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(yùn)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(hù)精密放大器常用的一些二極管的計算結(jié)果。對于CMRR損失計算，假設(shè)使用5 kΩ保護(hù)電阻。所有成本都是來自www.mouser.com的最新美元報價(2011)。