运算放大器过压条件的发生原因和箝位技术介绍

高精度运算放大器可让系统设计人员能在调理信号（放大、滤波和缓冲）的同时保持原始信号的精度。当信息包含在变动极小的信号中时，信号路径上的运算放大器在工作时具有极低的直流和交流误差性能就显得极为必要。总系统精度取决于信号路径的精度保持程度。

在某些应用中，可能出现电源电压以外的电压驱动运算放大器 输入的情况—这种情况称为过压情况。例如，假设运算放大器配置为+15 V正电源和−15 V负电源，则无论何时，只要输入引 脚电压大于一个二极管压降+供电轨电压（比如±15.7 V），则运算放大器内部ESD保护二极管就可以正向偏置，开始传导 电流。长时间（甚至短时间内）的过量输入电流—如果电流足够高的话—便可能会损坏运算放大器。这种损坏可能会导 致电气规格参数偏离数据手册所保证的限值，甚至导致运算放大器永久性损坏。面对这种可能性，系统设计人员通常会 在放大器输入端添加一个过压保护 （OVP） 电路。因此，难就难在引入OVP电路的同时不增加误差（损失系统精度）。

过压条件是如何发生的

很多不同的情况可能引起过压条件。考虑一个远程传感器位于现场的系统—比如炼油厂内的液体流动，并将信号通过电缆发送至另一个物理地点的数据采集电子设备。数据采集电 子信号路径的第一级通常是配置为缓冲器或增益放大器的运算放大器。该运算放大器的输入暴露在外界环境下，因而可 能受过压事件的影响—比如电缆损坏导致的短路，或者电缆与数据采集电子设备的错误连接。

类似地，可能导致过压条件的情形是：输入信号（通常在放大器输入电压范围内）突然接收到外部激励，导致瞬态尖峰超过运算放大器的电源电压。

可能导致输入过压条件的第三种情况来自运算放大器和信号路径上其它元件的上电时序。例如，如果信号源（比如传感器）在运算放大器之前上电，则信号源便可输出电压，而此 时运算放大器电源引脚还没有上电。这会导致过压情况，有可能强制过量电流流经运算放大器输入并到达接地端（未上 电电源引脚）。

箝位：一种经典的过压保护技术

图1所示是一种OVP（过压保护）的常用方法。当输入信号（VIN） 幅度超过电源电压之一加上二极管正向电压，则二极管（DOVPP或DOVPN）将会正向偏置，电流将流至供电轨，过量电流可能会损坏运算放大器。本应用中， 我们使用了ADA4077—一款精度极高的运算放大器，最大电源范围为30 V（或±15 V）。

箝位二极管是1N5177肖特基二极管，因为它们的正向导通电压等于大约0.4 V，这比运算放大器输入静电放电 （ESD） 保护二极管的正向导通电压低；因此，箝位二极管将在ESD二极管之前开始传导电流。过压保护电阻ROVP限制了流过箝位二极管的正向电流，使其保持在最大电流额定值以下，防止受到过量电流的损害。使用反馈环路电阻RFB是因为，同相输入上的任何输入偏置电流都会流过ROVP而产生输入电压误差—增加RFB值可消除误差，因为它会在反相输入端产生一个相似的电压。

图1. 用于过压保护的经典箝位电路。