如何利用放大器设计鲁棒高性价比的解决方案二

　　从半导体运算放大器问世之初，IC设计师就不得不权衡芯片架构与应对其脆弱性所需的外部电路之间的关系。故障保护一直是最棘手的问题例如，, 请参阅“运算放大器输出反相和输入过压保护” 和MT-069, “仪表放大器输入过压保护”).

　　系统设计师之所以需要精密运算放大器，是因为它有两个重要特性：低失调电压(VOS)和高共模抑制比(CMRR)，这两个特性能够简化校准并使动态误差最小。为在存在电气过应力(EOS)的情况下保持这些特性，双极性运算放大器经常内置箝位二极管，并将小限流电阻与其输入端串联，但这些措施无法应对输入电压超过供电轨时引起的故障状况。为了增加保护，系统设计师可以采用图6所示的电路。

　　图6. 利用限流电阻和两个肖特基二极管提供外部保护的精密运算放大器。RFB与ROVP相等，从而平衡输入偏置电流引起的失调

　　如果VIN处的信号源先行上电，ROVP将限制流入运算放大器的电流。肖特基二极管的正向电压比典型的小信号二极管低200 mV，因此所有过压电流都会通过外部二极管D1和D2.分流。然而，这些二极管可能会降低运算放大器的性能。例如，可以利用1N5711的反向漏电流曲线(见图7)来确定特定过压保护电阻造成的CMRR损失。1N5711在0 V时的反向漏电流为0 nA，在30 V时为60 nA。对于0 V共模电压， D1 和 D2 引起的额外IOS取决于其漏电流的匹配程度。当V被拉至+15 V时，D1将反向偏置30 V，D2将偏置0 V。因此，额外的60 nA电流流入ROVP.当输入被拉至–15 V时，D1和D2 的电气位置交换，60 nA电流流出OVP. 在任意共模电压下，保护二极管引起的额外 IOS等于:

　　IOSaddr = ID1 – ID2 (2)

　　图7. 1N5711反向电流与连续反向电压之间的关系

　　由公式2可计算出极端共模电压下的VOS损失:

　　VOSpenalty = IOSaddr × ROVP (3)

　　使用1N5711在30 V时的漏电流60 nA以及5 kΩ保护电阻，两个极端共模电压下的VOS将增加300 µV，导致整个输入电压范围内的额外 ?VOS 为600 μV。根据数据手册，一个具有110 dB CMRR的运算放大器将损失17 dB CMRR。插入反馈电阻来均衡源阻抗只能在共模电压为0 V时有帮助，但无法防止整个共模范围内产生额外的IOS 表1显示了保护精密放大器常用的一些二极管的计算结果。对于CMRR损失计算，假设使用5 kΩ保护电阻。所有成本都是来自www.mouser.com的最新美元报价(2011)。