如何利用放大器设计鲁棒高性价比的解决方案二


图6所示的方法可能还有一个缺点,那就是保护二极管会将过压电流分流到电源中。例如,如果正电源无法吸收大量电流,过压电流就可能迫使正电源电压提高。
防止这一现象的一种方法是在正输入与地之间使用背靠背齐纳二极管,如图8所示。超过D1或 D2的齐纳电压时,二极管将过压电流分流到地,从而保护电源。这种配置能够防止过压期间的电荷泵效应,但齐纳二极管的漏电流和电容高于小信号二极管。此外,齐纳二极管的漏电流曲线具有软拐点(soft-knee)特征。在放大器的共模范围内,这会带来额外的CMRR损失,如前所述。例如,BZB84-C24是一个背靠背齐纳二极管对,工作电压范围为22.8 V至25.6 V,反向电流额定值为50 nA(最大值,16.8 V时),但制造商并未说明接近齐纳电压时的漏电流是多少。此外,为实现更陡的击穿特性,齐纳二极管一般采用比小信号二极管掺杂更重的扩散工艺制造,这就导致寄生电容相对较高,因而失真(特别是在幅度较高时)和失稳的可能性更高。

图8. 利用限流电阻和两个齐纳二极管提供外部保护的精密运算放大器
早期集成过压保护
上面讨论了放大器的一些常用外部保护方法的缺点。如果放大器本身的设计能够耐受较大的输入过压,那么其中的一些缺点是可以避免的。图9显示了差分输入对采用的常见集成保护方案。

图9. 带阻性过压保护的差分输入对(未显示ESD保护)
在该电路中,两个放大器输入端均有输入保护电阻。虽然一般情况下只有一个输入端需要过压保护,但使各输入端的寄生电容和漏电流均衡可以降低失真和失调电流。此外,二极管不必处理ESD事件,因而可以相对较小。
增加电阻,无论是外置还是内置,均会增加放大器的和方根(RSS)热噪声(公式4):

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