高灵敏度运算放大器应用中的过压保护OVP.PDF

/ 高灵敏度运算放大器应用中的过压保护(OVP) 摘要：本文介绍了反偏二极管的基本原理，讨论了几种保护方案，并提供了用于降低寄生漏 电流和寄生电容的方法。 概述 对于要求过压保护和低失真，低噪声，高带宽的放大器应用，必须特别注意过压保护(OVP) 的设计。导致过压可能是人为的错误，例如把放大器的输入端对高压电源短路，也可能是应 用中固有的错误，例如变送器通常输出的电压要高于放大器的电源电压。 很多放大器过压保护的方法是使用二极管旁路过压电流对地或者对电源。这些二极管的电容 和泄漏电流会导致失真和带宽降低。本文会回顾反向偏置二极管的基础知识，讨论几种保护 策略，提供几种方案降低泄漏电流和电容。运算放大器用来说明保护方法，还有很多方法对 分离放大器很适用。 反向偏置二极管基础 二极管公式如式 1 所示，有人可能认为反向偏置二极管吸收反向电流I 等于I ： R S 然而，事实是反向电流远远高于I ，而且随着温度和反向偏置电压而变化。I 正比于PN结中 S R 电荷层的间隔，因为电荷层的间隔与所加的反向电压有关，因此I可以由式 2 表示： R 对于不同的制造商，n的变化可以从 2 到 4，通常可以从二极管的说明书中得到I 与V 的关系 R R 曲线。 一条被广泛接受的规律是温度增加 10°C时PN结的反向电流加倍。从这条规律和一个参考 点，我们可以建立式 3 说明反向电流和温度的关系： I 是温度T 时的反向电流。通常可以从二极管的说明书中得到I 与T的关系曲线。 0 0 R 低于内建电位(硅管大约为 0.7V)时二极管的电容由式 4 表达： / C 是 0V时PN结的电容，Φ 是嵌入电压，M是等级系数，它是P材料和N材料的比值。公式 4 j0 0 中对于反向偏置电压V 是负电压，对于正向偏置电压V 是正电压。该公式对于反向偏置电容 R R 是一个很好的模型，对于达到嵌入电压的一半的正向偏置电容也是一个很好的模型。通常可 以从二极管的说明书中得到C 与V 的关系曲线。 R R 基本的二极管保护 很多IC 都有内部的静态放电(ESD)保护。很多内部ESD保护电路的嵌位二极管连接到电源， 所以它旁路ESD尖峰到电源。如果电流通过串联电阻限制，可以说这些二极管足够处理过压 保护了；但是，每一个IC具有不同的情况，ESD保护结构也不同。 最好从外部在电源端加钳位二极管，以减少或消除流入IC的过压电流(图 1)。 图 1. 基本的二极管保护电路，利用电源端的外部钳位二极管旁路电源的ESD冲击。 图 1 中的二极管保护方法是将放大器的输入电压钳位到V + V 和V - V ，V 是二极管的 CC FBD EE FBD FBD 正向电压。过压电流由RLIMIT 限制，如式 5 所示: