【导读】可编程逻辑控制器中的一个关键子系统是模拟输入?？?，它提供了一个高精度前端来测量各种传感器。但是，在许多情况下，放大器输入级通过长电缆连接到远程传感器，并且容易受到过压条件的影响。在本文中，我将介绍运算放大器（op-amp）输入过压?；さ幕靖拍睿⑻致廴绾挝构收涎≡裾返那槐；さ缏?。
输入?？橹惺褂玫脑怂惴糯笃鞯氖荼碛μ峁┯泄氐缙αμ跫戮宰畲蠖疃ㄖ档墓娣?。电气过应力状况分为两类：静电放电（ESD）和输入电气过应力（EOS）。 ESD事件是两个人体在不同静电势下突然转移的静电荷。静电势通常可以相隔数千伏，并且电荷转移通常在几分之一秒内发生。相反，当电路在相当长的一段时间内暴露于过电压条件（例如由意外连接引起的故障）时，就会发生EOS事件。这些EOS额定值表示设备可以承受而不会损坏的最大电源电压，输入电压和输入电流。
通常，运算放大器具有内部ESD?；そ峁梗荚谠谥圃旌蜕馐云诩浔；ぴ怂惴糯笃?。 ESD?；ぶ惺褂玫娜殖＜峁梗ㄈ缤?所示）是串联电阻器，转向二极管和吸收器件。转向二极管导通，将ESD脉冲从敏感电路元件引向吸收装置。吸收装置吸收ESD脉冲的能量并限制电压电平以防止损坏。
图1通常，运算放大器内部包含三个ESD?；そ峁?。
运算放大器对EOS的最大额定值取决于内部ESD二极管可以承受的最大电压和连续电流。但是，这些结构并不是为了?；ど璞该馐艿缏饭收掀诩淇赡芊⑸母さ腅OS事件影响。取而代之的是，可能需要外部电路钳位来?；ぴ怂惴糯笃魇淙氲缏访馐蹺OS事件的影响。肖特基二极管和串联电阻是帮助?；ぴ怂惴糯笃魇淙朊馐芄构收系囊恢衷?。
让我们考虑一下图2所示的±10V模拟输入模块电路。在该电路中，运算放大器缓冲器提供了高输入阻抗，可与各种传感器接口。 THP210全差分放大器（FDA）对缓冲的信号进行衰减和电平转换，以驱动模数转换器。 FDA是一款精密，低噪声，低漂移的放大器，配置为转折频率为100 kHz的二阶Butterworth低通滤波器。
图2该高阻抗±10V模拟输入?？榈那岸耸褂眯ぬ鼗芎推渌幢；ぴ怂惴糯笃髅馐蹺OS事件的影响。
本示例中显示了两种类型的保护电路，其中的钳位电路旨在为±40 V连续过压故障提供输入保护。瞬态电压抑制（TVS）二极管用于钳位电源轨，吸收钳位电路电流，以使电源保持在运算放大器的±20V绝对电源额定值以下。 TVS二极管类似于齐纳二极管，但设计用于快速，大的瞬态功耗。所示的SMF12A是单向TVS，具有12 V的反向隔离电压，14.7 V的击穿电压和19.9 V的最大钳位电压。使用1.24-kΩ时，±40V故障期间的电流限制为20 mA。 ，1/2 W RLIMIT电阻，如图3所示。
运放输入中使用的肖特基二极管具有金属半导体结，其正向压降低于硅结二极管（例如，运放中用于ESD?；さ亩埽Ｍ?详细说明了外部?；で坏缏返拇耸粜杂肽切┠诓縀SD二极管一起工作的方式。
在此示例中，BAS40是小信号肖特基二极管，在1 mA时的正向电压接近380 mV。相比之下，内部ESD结构在相同的正向电流下具有约550 mV的正向电压。因此，肖特基二极管在放大器的内部ESD二极管之前导通，并且大多数涌入电流流过外部钳位电路。内部ESD结构只能承受10 mA的电流，而外部肖特基二极管可以处理高达200 mA的正向连续电流，从而提供强大的?；?。
图3此常用的运算放大器输入?；ばぬ鼗芮辉谀诓慷苤暗纪ǎ佣勾蟛糠掷擞康缌髁鞴獠慷?。
尽管外部肖特基二极管钳位电路提供了强大的过压保护，但该钳位电路的缺点是会引入信号误差。在正常工作期间，反向偏置的肖特基二极管会显示反向漏电流，该电流会流过RLIMIT电阻，从而产生不希望的偏移。本示例中使用的BAS40提供200 nA的极低泄漏电流，从而使失调误差保持最小。您还可以选择减小RLIMIT电阻以最小化这些失调误差，但要权衡的是增加故障电流。故障电流的这种增加将需要一个额定功率更高的电阻。
但是，二极管泄漏电流可能会随着反向电压的变化而略有变化。因此，二极管之间反向漏电流的失配会引起小的非线性误差，这是输入电压的函数。此外，二极管的泄漏电流随温度呈指数增长。例如，这种肖特基二极管的典型泄漏电流在25?C时约为?20nA。但是，泄漏电流在85?C时可以增加到2μA，而在100?C以上时可以增加到10μA。
幸运的是，一些现代精密运算放大器提供了集成的输入过压?；ぃ佣硕源死嗤獠壳坏缏返男枨?。图4显示了OPA2206的集成输入?；ぁＫ氖淙胧艿奖；?，可承受超出任一电源的±40 V电压，如果电源关闭则可承受±40 V的电压。
图4该集成的运算放大器输入?；で换嵩谑淙牍厥备谋渥杩梗贓OS期间提供?；ぃ苯２僮髌诩涞挠跋旖抵磷畹?。
OPA2206的内部?；さ缏房稍谡Ｐ藕盘跫绿峁┑痛杩?，从而保持所需的运算放大器精度。但是，如果输入过载，则保护电路会增加串联阻抗，并将输入电流限制为大约±5 mA。因此，集成的输入?；で皇鼓芄煌ü煽康谋；せ竦米既返慕峁?，同时降低成本并缩小解决方案尺寸。
过压?；な且桓龉惴旱闹魈?，显示的方法只是?；ぴ怂惴糯笃魇淙氲男矶嗖煌绞街械囊恍?。有关更多信息，请查看TI Precision Labs –电气过应力视频系列。该系列详细介绍了EOS运算放大器?；ひ约叭绾挝挠τ蒙杓坪鲜实那坏缏?。
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