【導讀】wuxianchuanganqijiedianzhengyuelaiyueduodiyingyongyuwomenderichangshenghuozhong，yinweitamenshihezaiduozhongduoyangyijinanyidaodadehuanjingzhongshiyong。tamenbuxuyaojietongdianyuan

，yinweitamentongchangdoulianjiedaodianchi。

在輸入不受係統控製而是連接到外部世界的許多應用中
，例如測試設備、儀器儀表和一些傳感設備
，輸入電壓可能會超過前端放大器的ZD額定電壓。在這些應用中，必須實施保護方案以保持設計的生存範圍和穩健性。

前端放大器的內部 ESD 二極管有時用於鉗位過壓條件，但需要考慮許多因素以確保這些鉗位能夠提供足夠而強大的保護。了解前端放大器內部的各種 ESD 二極管架構，以及了解給定保護電路的熱和電遷移影響
，可以幫助設計人員避免其保護電路出現問題並提高其在現場應用的使用壽命。

ESD 二極管配置

重要的是要了解並非所有 ESD 二極管都是連接到電源和接地的簡單二極管鉗位。可以使用多種可能的實現方式
，例如串聯多個二極管、二極管和電阻器以及背對背二極管。下麵詳細介紹了一些更常見的實現。

二極管連接到電源

圖 1 xianshilezaishuruyinjiaohedianyuanzhijianlianjieyouerjiguandefangdaqishili。erjiguanzaizhengchanggongzuotiaojianxiafanxiangpianzhi，dandangshurushangshengdaogaoyuzhengdianyuandianyahuodiyufudianyuandianyashibianweizhengxiangpianzhi。dangerjiguanzhengxiangpianzhishi，dianliuhuitongguofangdaqideshuruliudaoxiangyingdedianyuan。

在圖 1 中的電路的情況下
，當過壓超過  Vs 時，輸入電流本身不會受到放大器本身的限製
，並且需要以串聯電阻器的形式進行外部電流限製。當電壓低於 –Vs 時，400Ω 電阻會提供一些電流限製，這應該被納入任何設計考慮因素。

圖 1：AD8221 的輸入 ESD 拓撲

圖 2 顯示了一個具有類似二極管配置的放大器
，但在這種情況下
，電流受到內部 2.2kΩ 串聯電阻的限製。這與圖 1 所示電路的不同之處不僅在於限製 R 的值，而且還在於 2.2kΩ 可防止電壓高於  Vs。這是使用 ESD 二極管時必須充分理解以優化保護的複雜性示例。

圖 2：AD8250 的輸入 ESD 拓撲

限流 JFET

與圖 1 和圖 2 中的實施方式相比
，限流 JFET 可以在 IC 設計中用作二極管鉗位的替代方案。圖 3 顯示了一個示例
，其中當輸入電壓超過器件的指定工作範圍時，JFET 用於保護器件。該器件通過 JFET 輸入從相反的電源軌獲得高達 40V 的固有保護。因為 JFET 會限製進入輸入引腳的電流，所以 ESD 單元不能用作額外的過壓保護。

在需要高達 40V 的電壓保護時，該器件的 JFET 保護提供了一個控製良好、可靠
、完全指定的保護選項。這通常與使用 ESD 二極管進行保護形成對比，其中關於二極管電流限製的信息通常指定為典型信息
，或者可能根本沒有指定。

圖 3：AD8226 的輸入保護方案

二極管堆棧

在允許輸入電壓超過電源電壓或接地的應用中，可以使用一組二極管來保護輸入免受 ESD 事件的影響。圖 4 顯(xian)示(shi)了(le)一(yi)個(ge)實(shi)施(shi)堆(dui)疊(die)二(er)極(ji)管(guan)保(bao)護(hu)方(fang)案(an)的(de)放(fang)大(da)器(qi)。在(zai)此(ci)配(pei)置(zhi)中(zhong)
，二(er)極(ji)管(guan)串(chuan)用(yong)於(yu)防(fang)止(zhi)出(chu)現(xian)負(fu)瞬(shun)態(tai)。二(er)極(ji)管(guan)串(chuan)用(yong)於(yu)限(xian)製(zhi)可(ke)用(yong)輸(shu)入(ru)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)漏(lou)電(dian)流(liu)，但(dan)在(zai)超(chao)過(guo)負(fu)共(gong)模(mo)範(fan)圍(wei)時(shi)提(ti)供(gong)保(bao)護(hu)。請(qing)記(ji)住(zhu)

，WY的電流限製是二極管串的等效串聯電阻。外部串聯電阻可用於降低給定電壓電平的輸入電流。

圖 4：AD8417 的低邊輸入保護方案

背對背二極管

當輸入電壓範圍允許超過電源時，也使用背對背二極管。圖 4 顯示了一個放大器
，它采用背對背二極管為器件提供 ESD 保護
，該器件允許使用 3.3V 電源提供高達 70V 的電壓。D4 和 D5 是高壓二極管，用於隔離輸入引腳上可能存在的高壓，D1 和 D2 用於在輸入電壓在正常工作範圍內時防止漏電流。在這種配置中
，不建議使用這些 ESD 單元進行過壓保護，因為超過高壓二極管的ZD反向偏壓很容易導致造成YJ性損壞的情況。

無 ESD 鉗位

某些設備在前端不包括 ESD 設備。雖然很明顯，如果 ESD 二極管不存在
，設計人員就不能使用 ESD 二極管進行鉗位，但在研究過壓保護 (OVP) 選項時，提到這種架構是一種需要注意的情況。圖 6 顯示了一個僅使用大值電阻器來保護放大器的設備

ESD 單元作為夾具

除了了解如何實施 ESD 單元之外



，了解如何利用結構進行保護也很重要。在典型應用中，串聯電阻用於限製指定電壓範圍內的電流。

當放大器按圖 7 所示配置或輸入受電源二極管保護時
，輸入電流將使用以下公式中的公式進行限製。

用於公式 1 的假設是 Vstress>Vsupply。如果不是這種情況
，則應測量更JQ的二極管電壓並將其用於計算
，而不是 0.7V 近似值。

下麵是一個計算示例，用於保護使用  /-15V 電源的放大器

，免受高達  /-120V 的輸入應力，同時將輸入電流限製為 1mA。使用等式 1，我們可以使用這些輸入來計算以下內容。

鑒於這些要求

，Rprotection >105 kΩ 會將二極管電流限製為 <1 mA。

了解當前的限製

Idiode 的ZD值會因部件而異，並且還取決於施加應力的特定應用場景。對於持續幾毫秒的YC性事件，與在應用程序的整個 20 年以上任務配置文件生命周期中不斷施加電流的情況下，ZD電流將有所不同。可以在JDZD值部分或應用筆記的放大器數據表中找到有關特定值的指導，通常在 1mA -10mA 的範圍內。

故障模式

給定保護方案的ZD額定電流Z終將受到兩個因素的限製
，二極管中耗散功率的熱影響和電流路徑的ZD額定電流。功耗應保持在一個閾值以下，以將工作溫度保持在有效範圍內，並且應選擇電流在指定的ZD值內
，以避免由於電遷移引起的可靠性問題。

熱影響

當電流流入 ESD 二極管時
，由於二極管中的功耗會導致溫度升高。大多數放大器數據表都指定了一個熱阻（通常指定為 ? JA），該熱阻將指示結溫如何隨功率耗散而增加。考慮Z壞情況下的應用溫度，以及由於功耗導致的Z壞情況溫度升高
，將表明保護電路的可行性。

電遷移

即使電流不會引起熱問題，二極管電流仍然會產生可靠性問題。由於電遷移，任何電信號路徑都有一個ZD壽(shou)命(ming)電(dian)流(liu)額(e)定(ding)值(zhi)。二(er)極(ji)管(guan)電(dian)流(liu)路(lu)徑(jing)的(de)電(dian)遷(qian)移(yi)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)通(tong)常(chang)受(shou)與(yu)二(er)極(ji)管(guan)串(chuan)聯(lian)的(de)內(nei)部(bu)走(zou)線(xian)厚(hou)度(du)的(de)限(xian)製(zhi)。此(ci)信(xin)息(xi)並(bing)不(bu)總(zong)是(shi)針(zhen)對(dui)放(fang)大(da)器(qi)發(fa)布(bu)，但(dan)如(ru)果(guo)二(er)極(ji)管(guan)長(chang)時(shi)間(jian)處(chu)於(yu)活(huo)動(dong)狀(zhuang)態(tai)
，而(er)不(bu)是(shi)瞬(shun)態(tai)事(shi)件(jian)，則(ze)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)。

電dian遷qian移yi可ke能neng成cheng為wei問wen題ti的de一yi個ge例li子zi是shi當dang放fang大da器qi正zheng在zai監jian控kong並bing因yin此ci連lian接jie到dao獨du立li於yu其qi自zi身shen電dian源yuan軌gui的de電dian壓ya軌gui時shi。當dang有you多duo個ge電dian源yuan域yu時shi
，電dian源yuan排pai序xu可ke能neng會hui導dao致zhi電dian壓ya暫zan時shi超chao過guoJDZD條件。通過考慮Z壞情況下的電流路徑、該電流在整個生命周期內可能處於活動狀態的持續時間
，並了解電遷移的ZD允許電流，可以避免由於電遷移引起的可靠性問題。

結論

了解放大器的內部 ESD 二er極ji管guan在zai電dian氣qi過guo載zai事shi件jian期qi間jian如ru何he被bei激ji活huo

，可ke以yi簡jian單dan地di改gai進jin設she計ji的de穩wen健jian性xing。檢jian查zha保bao護hu電dian路lu的de熱re和he電dian遷qian移yi影ying響xiang可ke以yi突tu出chu潛qian在zai問wen題ti並bing指zhi出chu可ke能neng需xu要yao額e外wai保bao護hu的de地di方fang。考kao慮lv此ci處chu列lie出chu的de條tiao件jian，設she計ji人ren員yuan可ke以yi做zuo出chu明ming智zhi的de選xuan擇ze並bing避bi免mian現xian場chang潛qian在zai的de穩wen健jian性xing問wen題ti。

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