ZHCAC22A December   2020  – January 2023 OPA2310 , OPA310 , OPA348 , OPA4310 , TLV341 , TLV341A , TLV342 , TLV342A

 

  1.   摘要
  2.   商标
  3. 1引言
  4. 2标准运算放大器 ESD 保护
    1. 2.1 标准运算放大器 ESD 保护:结构
    2. 2.2 标准运算放大器 ESD 保护:注意事项
  5. 3V+ 侧无输入二极管的运算放大器 ESD 保护
    1. 3.1 V+ 侧无输入二极管的运算放大器 ESD 保护:结构
    2. 3.2 V+ 侧无输入二极管的运算放大器 ESD 保护:注意事项
  6. 4如何测量运算放大器的 ESD 结构电流
  7. 5总结
  8. 6参考文献
  9. 7修订历史记录
  10.   A 采用替代性 ESD 保护结构的运算放大器的测量数据

标准运算放大器 ESD 保护:结构

图 2-1 所示,大多数运算放大器的输入结构都在每个输入与每个电源轨之间包含一个保护二极管。这些二极管的作用是,通过钳制上升电压并降低输入级晶体管的电流浪涌,保护放大器免受突发的 ESD 冲击。如果任一输入的电压大于 V+ 加 ESD 保护二极管的正向电压,则保护二极管会变为正向偏置,电流从输入端流过 ESD 二极管。与之类似,如果任一输入的电压小于 V– 减 ESD 保护二极管的正向电压,则保护二极管会变为正向偏置,电流会经过 ESD 二极管流向输入端。请注意,在许多数据表中,ESD 二极管的正向压降约为 500mV。

在 ESD 事件期间,有多个电流路径可用,包括通过吸收器件的路径,路径的选择具体取决于引脚上的电压。图 2-1 中展示了一个示例,其中 IN+ 引脚相对于 V– 具有大的正电压。

GUID-20201012-CA0I-F3GQ-HS33-MQZ1V7F6R3SL-low.gif图 2-1 具有标准 ESD 保护的运算放大器在 ESD 冲击期间从 IN+ 到 V– 的电流路径

输出保护二极管的行为(同样如图 2-1 所示)反映了输入保护二极管的行为。如果输出电压高于 V+ 加 ESD 二极管的正向电压,则会形成一个电流从输出端流经 ESD 二极管的电流路径。同样,如果输出电压低于 V– 减 ESD 二极管的正向电压,则会形成一个电流从 ESD 二极管流向输出的电流路径。

请注意,ESD 保护适用于电路外事件,例如在搬运或组装过程中可能发生的 ESD 事件,不适用于电路内事件。由于此保护结构专为高能量、短持续 ESD 事件而设计,因此在发生时间较长的电过应力 (EOS) 时,必须保护二极管免受损坏。在 EOS 事件期间,施加的电压可能低很多。例如,电压可能在电源电压之上 500mV 左右,而不是 1kV。但是,这些情况的持续时间也长得多。在数据表的绝对最大额定值 部分,通常会说明保护二极管在 EOS 下能够承受的电流水平为 ±10mA。尽管如此,还是要尽可能将电流电平保持在 ±1mA 以下。

如果电路设计人员预计输入可能会超出数据表“绝对最大额定值”表中的最小或最大共模电压范围,则通常的做法是在 IN+ 引脚和 IN– 引脚上增加串联电阻,通过其阻值来限制输入电流。有关其他 ESD 和 EOS 情况,TI 高精度实验室的 ESDEOS 培训视频中有更加深入的介绍。

表 2-1 展示了 TLV9051/TLV9052/TLV9054 5MHz、15V/μs 高压摆率、RRIO 运算放大器 数据表中的“绝对最大额定值”表格示例。应将共模电压限制为不小于 (V–) – 0.5V,且不超过 (V+) + 0.5V。如果超出这些限制,二极管将开始传导电流。如果电流足够高,则可能会损坏二极管本身,进而损坏放大器输入端。

表 2-1 TLV905x 的绝对最大额定值
最小值最大值单位
电源电压,VS = (V+) – (V–)7V
信号输入引脚电压(1)共模(V–) – 0.5(V+) + 0.5V
差分VS + 0.2V
电流(1)-1010mA
输出短路(2)持续
工作环境温度,TA-40150°C
结温,TJ150°C
贮存温度,Tstg-65150°C
输入引脚被二极管钳制至电源轨。对于摆幅能超过电源轨 0.5V 的输入信号,应将其电流限制在 10mA 或者更低。
接地短路,每个封装对应一个放大器。