运算放大器的输入过压保护和输出相位反转

　　运算放大器和仪表放大器的这些不同过压防范措施看起来很复杂，事实上也的确如此!只要运算放大器(或仪表放大器)输入(和输出)超出设备边界条件，就可能发生危险情况或器件损毁。显然，为了实现最高可靠性，必须防患于未然。

　　幸运的是，大多数应用都是完全内置于设备中，通常看到的是采用同一电源系统的其它IC的输入和输出。因此，这种情况下一般不需要箝位和保护方案。

　　图5总结了过压考虑事项。

　　图5:电路内过压考虑事项汇总

　　采用高共模电压仪表放大器的共模过压保护

　　在精密运算放大器之前进行阻性输入衰减，是模拟通道过压保护的终极简化方案。这一组合相当于一个支持高压的仪表放大器，如AD629等，它能够以线性方式对叠加于最高±270 V共模电压的差分信号进行处理。此外，过压保护考虑最重要的一点是，片内电阻能够为最高±500 V的共模或差分电压提供保护。所有这些都是通过精密激光调整薄膜电阻阵列和运算放大器实现，如图6所示。

　　图6:高压仪表放大器IC AD629提供± 500 V输入过压保护;仅采用单个器件，极其简单，并且实现了防故障关断操作

　　分析该拓扑结构可知，精密运算放大器AD629周围的阻性网络充当一个分压器，将施加于VIN的共模电压降低20倍。AD629同时以单位增益将输入差模信号VIN转换成以本地接地为基准的单端输出信号。增益误差不超过±0.03 %或±0.05 %,失调电压不超过0.5 mV或1 mV(取决于器件等级)。AD629的电源电压范围是±2.5 V至±18 V.

　　这些因素相结合，使AD629成为可能经受危险瞬变电压的卡外模拟输入的简便、单器件保护解决方案。由于所用的电阻值相对较大，因此它本身就能保护器件，在不加电情况下，输入电阻也能安全地限制故障电流。此外，它还提供仪表放大器固有的运作优势：高CMR(500Hz时最小值86 dB)、出色的整体直流精度和灵活、简单的极性变化。

　　对性能不利的一面是，与较低增益的仪表放大器配置相比，如AMP03等，多个因素使得AD629的输出噪声和漂移相对较高，包括高值电阻的约翰逊噪声和拓扑结构的高噪声增益(21倍)。这些因素与电阻噪声共同提高运算放大器的噪声和漂移，提高幅度高于典型值。

　　当然，这个问题是否与具体应用有关，需要根据具体情况进行评估。

　　内置过压保护的ADA4091-2运算放大器

　　ADA4091-2是一款双通道、微功耗、单电源、3 MHz带宽放大器，具有轨到轨输入与输出特性。ADA4091-2保证可采用+3 V至+36 V单电源供电以及±1.5 V至±18 V双电源供电。

　　ADA4091-2拥有过压保护输入和二极管，允许输入电压高于或低于供电轨12 V,非常适合鲁棒的工业应用。

　　具体应用包括便携式电信设备、电源控制与保护、分流检测，以及具有宽输出范围的传感器接口。