放大器電氣過應(yīng)力EOS問題分析

　　(左)5V 電源電壓 1us 瞬態(tài)(1us transient riding on 5V supply voltage)

　　(右上)+5V 電源線 5V 1us 瞬態(tài)(5V 1us transient riding on+5V supply line)

　　(右下)無 TVS 模型時仿真中使用的齊納二極管(zener diode used in simulation on TVS model available)

　　A、RLC 電路的輸入電流限制(limits input current with RLC circuit)

　　B、TVS 的輸入電壓限制(limits input voltage with TVS)利用 RC 或 RLC 電路，您可以保護器件免于電源瞬態(tài)(請參見圖 8)。使用一個普通的板上 EMI/RFI 濾波器便可完成這項工作。然而，電路的響應(yīng)會隨 RLC 常數(shù)和負載特性的不同而呈現(xiàn)出極大的差異。在圖 8A 中，簡單的 RLC 電路被連接至一個負載電阻。+5V 電源具有 5V 的電壓，1us 瞬態(tài)，等于 10V 電壓峰值。這超出了一些低壓 CMOS 工藝的最大電源電壓。1kΩ 負載電阻模擬了一個需要約 5mA 電源電流的放大器。從響應(yīng)可以看到 RLC 電路將該峰值融入到了一個 +5Vdc 電平上的正弦響應(yīng)。輕微過壓不會導(dǎo)致器件出現(xiàn)問題。但是，在許多情況下，同 RLC 電路組合相關(guān)的一些未知條件會使電源電壓下沖。這會影響運算放大器的輸出偏移。雖然運算放大器的 PSRR 將有助于最小化輸出偏移的變化，但其也是一個明顯的誤差。由于太多的變量未知，因此最好不要依賴此類保護。一種更佳、可預(yù)知性更高的瞬態(tài)抑制方法是在電源線上使用瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS)(請參見圖 8B)。TVS 與齊納二極管相類似，但它是專為承受超大瞬態(tài)電流和峰值功率而設(shè)計。在單極和雙極運算放大器中，TVR Littlefuse 1.5KE 系列均可用于 6.8V-550V 的反向承受電壓。10 次 100us 脈沖的峰值功率能力為 1500W。它們是一些具有納秒響應(yīng)時間的快速響應(yīng)器件。一個明顯的優(yōu)勢是快速電壓鉗制特性，其電源電壓下沖極少(如果有的話)。圖 9 顯示了使用外部保護器件的完整 EOS 保護方案。如果您了解每一個運算放大器引腳上所用的內(nèi)部 ESD 單元，則只要內(nèi)部器件能夠完全保護各個運算放大器引腳就可以去除一些外部器件。

　　圖 9 完整的外部 EOS 保護圖中翻譯：

　　(標題)

　　實現(xiàn)完整的 EOS 保護所添加的外部組件(external components added to provide complete EOS protection)

　　(左上)

　　RF 和 RI 限制了流經(jīng) SDI2 和 SDI4 的電流(RF and RI limit current through SD12 and SD14)

　　(左中)

　　SDlx 為小信號肖特基二極管，并將輸入電壓限制在 (V. +0.3) 或 (V. -0.3) 二極管泄漏會影響輸入電流(SCOx are small signal schottky diodes and limit input voltage to(V. +0.3) 或 (V. -0.3). diode leakage affects the input current)

　　(右上)

　　SCOx 為小信號肖特基二極管。使用電源運算放大器的電源肖特基二極管。二極管將 EOS 電壓限制在 (V. +0.3) 或 (V. -0.3) (SCOx are small signal schottky diode. use power schottky diode for power OP amps. diode limit EOS voltage to(V. +0.3) or (V. -0.3))

　　(右中)

　　ROL 限制了流經(jīng) SDO5 和 SDO6 的電流。ROL 位于在 Vcut 時帶來極小影響的反饋中。(ROL limits current through SDO5,SDO6. ROL is inside the feedback adding little error at Vcut.) (中下)

　　ZSx 為齊納二極管或無極性半導(dǎo)體瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS)。ZSx 防止了電源過壓、反極性并在一個電源電壓縮放時為 lq 提供一條路徑.(ZSx are zener diode or input semiconductor transient voltage suppressors (TVS). ZSx prevent power supply overvoltage. Reverse polarity, and provide a path for lq if one supply is floating.)SDIx 肖特基二極管提供了輸入過壓的電壓鉗制功能。R1 將流經(jīng)這些二極管的電流限定在所用二極管的規(guī)定電平。SDOx肖特基二極管提供了輸出過壓的電壓鉗制保護。如果您在運算放大器電源上使用這種輸出保護，則需使用功率肖特基二極管。流經(jīng)這些二極管的電流必須限定在所用二極管的規(guī)定電平。一旦您讓這種瞬態(tài)電流流經(jīng)輸入或輸出二極管，則必須將這種能量接地，否則運算放大器電源可能會進入過壓狀態(tài)。如果出現(xiàn)這種情況，那么放大器就會鎖閉，甚至?xí)挥谰脫p壞。若電源不能吸入電流，或者非二極管直流電流頻率的低阻抗，則在每一個電源上都需要有一個齊納二極管或直流電壓抑制器 (TVS) 來引導(dǎo)該接地電流。大多數(shù)電源均為單向而非雙向流出電流或吸入電流。齊納二極管或單向半導(dǎo)體瞬態(tài)電壓抑制器提供了一種將器件引腳維持在安全水平的簡單、低成本方法。結(jié)論

　　一個 EOS 事件可能會激活運算放大器中的 ESD 保護電路。您也許會更傾向于認為 ESD 電路也同樣適合處理 EOS 事件。ESD 事件持續(xù)時間非常短，通常不到幾百納秒。相反，EOS 事件持續(xù)時間可能會更長。當(dāng) ESD 電路被 EOS 事件激活時，電路傳導(dǎo)電流可能會導(dǎo)致過熱，進而可能帶來一定的損壞。如果碰到您的系統(tǒng)面臨 EOS 事件時，需使用簡單的外部保護電路來保護您的電路。盡管存在一些較小的前端設(shè)計問題，但這可以讓您避免一些后端設(shè)計難題。