紐扣電池暗藏玄機,廢棄的紐扣電池隱藏著什麼秘密?
發布時間:2015-04-06 責任編輯:echolady
【導讀】對於現代CMOS運算放大器來(lai)說(shuo),監(jian)試(shi)便(bian)攜(xie)式(shi)設(she)備(bei)或(huo)配(pei)套(tao)服(fu)務(wu)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)紐(niu)扣(kou)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)等(deng)級(ji)是(shi)最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)一(yi)種(zhong)應(ying)用(yong)。很(hen)多(duo)人(ren)都(dou)反(fan)映(ying),紐(niu)扣(kou)電(dian)池(chi)在(zai)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)電(dian)路(lu)中(zhong)壽(shou)命(ming)較(jiao)短(duan),短(duan)則(ze)幾(ji)小(xiao)時(shi)。在(zai)電(dian)路(lu)中(zhong),紐(niu)扣(kou)電(dian)池(chi)究(jiu)竟(jing)發(fa)生(sheng)了(le)什(shen)麼(me)?暗(an)藏(zang)什(shen)麼(me)玄(xuan)機(ji)?
圖 1 是一個使用 1.8V OPA333 零漂移運算放大器的實施方案。紐扣電池的電壓是 3V,該電路采用 3 至 5V 電壓級供電。

圖 1 連接 OPA333 單位增益放大器,監控紐扣電池電壓
鋰電池 CR2032 是一款常見的紐扣電池,額定容量 175 mAh,提供 200uA 連續電流。OPA333 的輸入偏置電流一般是 70pA,幾年也不會耗盡紐扣電池的電量。可能有其它什麼電路消耗了電池。對 OPA333 內部原理圖進行仔細觀察後,發現了一種貌似合理的放電情境。
圖 2 是放大器內核及其輸入 ESD 保護的方框圖。別忘了大部分 IC 在電路斷開處理過程中都具有 ESD 保護功能。ESD 單元在正常工作條件下關閉。
OPA333 的 ESD 輸入保護功能在每個輸入端與電源線路之間連接有低漏轉向二極管。ESD 鉗位連接在這些線路之間。這些二極管通常是反向偏置。但是,如果電源電壓 V+ 被關閉,變為高阻抗,那麼二極管 D3 會變成正向偏置。然後,放大器內核以及連接 V+ 的任何組件都會從紐扣電池消耗電流。
OPA333 靜態電流隻有 17uA,因此很可能是連接至 +V 電源線路的其它組件也在消耗電流。

圖 2 內部方框圖顯示了從非反相輸入端通過 D3 到 +V 電源線路的電流路徑
有些運算放大器有關斷引腳。當處於這種模式下時,它們會消耗極少量的電源電流。但是,如果 ESD 單元使用圖 2 中的設計方案,該二極管仍可傳導電流。
解決方案是采用支持不同 ESD 單元設計的運算放大器。
圖 3 是在 TLV2450 軌至軌輸入/輸出運算放大器中使用的 ESD 單元設計。它采用一個類似於齊納二極管的快速低漏鉗位。在 ESD 事件過程中,它不僅可快速接通,而且還可將所應用的電壓限製在安全水平下。沒有針對 VDD 引腳的內部電流路徑。

圖 3 TLV2450 使用內部 ESD 鉗位。在輸入端與 VDD 引腳之間沒有內部電流路徑。
對於工程師來說,可能很難確定放大器所使用的 ESD 單元。但在放大器產品說明書中可以找到提示。在查看絕對最大額定值時,如果信號輸入範圍是 -0.3V 至 (V+) + 0.3V,那麼 0.3V 就是確保 ESD 二極管保持關斷狀態的界限。如果較高,二極管可能會導通。
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