Overvoltages Tehditlerini Anlamak

Operasyonel yükselteçler oldukça sağlam cihazlardır, ancak bu tehditleri kabul eden aşırı yükleme koşullarını sağlamak veya felaket başarısızlıklara neden olabilir. Overvoltage events farklı kaynaklardan kaynaklanır, her biri farklı bir enerji profili ve başarısızlık mekanizması ile.Bu tehditleri tanımak, dirençli bir giriş veya tedarik ağı tasarlamak için ilk adımdır.

  • [FONT=0)Input overdrive:[Dönetici:[Dönetici:0)Input overdrive:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir giriş gerilimi, bir diyot damlasından daha uzun süre önce tedarik raylarını aşıyor (yaklaşık 0.3-0.7 V) mevcut parasitik diyotlar aracılığıyla akışlar.
  • [FONT:0]Supply Geçiciler: [Dönderler: [Dönderler: ] Sıcak- fiş olaylar, kanal veya motorlardan gelen geri dönüş ve DC-DC dönüştürücülerden gelen gürültüyü güç raylarında zorlar. Op-amps yüksek frekanslarda sınırlı güce sahip, bu kadar hızlı geçici çift sinyal yoluna ve iç aşamalara.
  • [FONTD ve elektrik aşırılıkçısı (EOS): [DFLT:1), İnsan-kim modeli (HBM) ve elektrücretsiz model (CDM) işlem sırasında deşarjlar kilo volt-düşük artışları standart ESD'den çok daha fazla enerji taşır ve anında korumasız cihazlar yok edebilir.
  • [FONT:0]Common-mode gerilimler rayların ötesindedir: Mevcut izleme devrelerinde veya yüksek seviyeli izleme devrelerinde, ortak nokta gerilimi, koruma olmadan haklı olarak olumlu tedariki geçebilir.

Üreticiler giriş gerilimi için mutlak maksimum puanlar belirtir (örneğin V)SS) - 0.3 V için ).DD) ve tedarik gerilimi.Bu sınırları abartır, hatta anlık olarak, güvenlik teknikleri aşağıda açıklanan koruma teknikleri tüm öngörülebilir koşullar altında (SOA) a) af-amp tutar.

Temel Koruma Bileşenleri

En basit koruma cephanesi mevcut devre dışı elemanları ve gerilim-klamlama cihazlarından oluşur. düzgün bir şekilde birleştirildiğinde, hassas giriş veya tedarik pimlerine ulaşmadan önce geçici enerjiyi kullanan bir bariyer yaratırlar.

1. Serisi Şu anda Dirençli Direnç

Her giriş pin ile seriye yerleştirilen bir direnç, kontrol edilen bir mevcutluğa bir gerilim aşırı dönüştürür. A op-amp'in iç ESD diyots, which tipik olarak 10 mA Sürekli olarak, bu mevcut tedarik raylarını güvenli bir şekilde devre dışı bırakmak için devre dışı bırakmak. Doğru direnen veya sinyal bütünlüğüne karşı dengelemek için hata düzeltmeyi gerektirir.

En kötü gerilim V[DÜDÜDÜ:0)OV[DÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

[FONT:0) R[DÜT:1][/FONT][/FONT][/FONT][/TRNT=)[[0) {0}[*|) {0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0| {| {0| {0|0|0|0|4|0|)

Bir 5-V-eff-amp korumak, +15 V dalgalanmasından en az (15 – 5 – 0.6) / 0.005 = 1.88 kULLI (D) standart 2.2 kULL dirençleri ve düşük ısıtıcı uygulamalar için, doğrudan giriş-tavuşağın içine akan bir yükseğitme ulaşır ve şu anda AÇI'ye karşı akan bir hata yapar.

Kombinasyonlar, kazanç garantileri zaten bazı mevcut limitleri sağlar.In non-inverting configurations, open series dirençliors are required.ENFLT:0ConTexas Instruments' application not on input protection ayrıntılı tasarım denklemleri ve düzen ipuçları sunar.

2.

Dış Schottky veya hızlı bir şekilde silikon diyotları her giriş pinten birbirine bağlı olarak tedarik rayları, V) ile ilgili olarak, daha düşük gerilime sahipler (FLT:2) ± V).

Schottky diyotlar BAT54S (200 mA sürekli mevcut) veya BAS70 (70 V ters parça) düşük V)[Dönetici 1 mA) ve hızlı bir kurtarma için[Dönetici) veya BAD70 (70 V ters parça) yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir şekilde sabitlenir.[Döneticileri kontrol etmek için bir diyotun üzerinden bir diferansiyele kadar)

Sorun şu ki, tedarik rayları fikre sahip enerjiyi absorbe etmeli; aksi takdirde demiryolu geriliminin kendisi yükselebilir ve diğer bileşenlere zarar verebilir. Tedarik pinleri arasında bir TVS diyot veya bir Zener ikincil bir fikre hizmet eder, hatayı yere atlatmak için.TELD:0Analog Cihazların yükseltici aşırı yükleme korumasına ilişkin yönergeleri).

3. Transient Gerilmeleri (TVS Diodes)

TVS diyotları, büyük geçici güç dalgalanmalarını absorbe etmek için avalanche-breakdown cihazlardır. Doğrudan giriş pinleri veya tedarik rayları ve zeminleri arasında, yüksek enerjili çatlakları piziğe göre optimize edilmiştir.Tic diyotlar çok büyük bir kavim alanına sahiptir ve on binlerce amperyalistin mevcuttuvarlarına dayanabilmektedirler.

Bir TVS diyot üç anahtar parametre içerir: standoff voltaj V) RWM)[Dönetici geriliminden daha yüksek değildir), V) ile bir TVS (FLT:6[D)[Döneticileri/Döneticileri/Döndergiler)[Dönergeler için)[Döneticileri/Düzücüler için)

Giriş koruması TVS diyotları için, kapasit-kapı kritiktir. Birçok TVS diyots, 1 pFarads'ın altına sığabilir veya yüksek hızlı yükselteçlere neden olabilir. Özel düşük kapasiteli TVS serisi (örneğin, NUP4201 veya DVIULC6-2) yüksek hızda kayma sağlar.

4. Zener Gerers ve Shunt Düzenlemeleri

Zener diyotlar basit bir gerilim söndürücü olarak hizmet edebilir, ancak bir dizi dirençle takip ederler ve Zener, dirençli bölme veya aktif bir devre ile birleştirilirken, hipoer'in şu anki aşırı yükleme limitlerini azaltırlar, termal geçişin izinsiz kalması için.

Aktif bir darbe ve MOSFET'ler kullanarak aktif devreler kesin bir eşleme kontrolü sunar. Ortak bir yaklaşım, mikrosaniyeler içinde bir gerilim detektörü IC (örneğin, TPS3700) tedarik veya giriş gerilimi izler ve bir dizi MOSFET geçişi gerçekleştirir.Bir aşırı yükleme tespit edildiğinde, MOSFET ortaya çıkar.

Gelişmiş Koruma Mimarileri

Görevksiz sistemler için, birden fazla koruma katmanını birleştirerek, gerilim koruması (OVP) IC'leri en yüksek dayanıklılık sağlar.

Bütünleşik OVP IC ve Cerrah Durpers

Analog cihazlar, Maxim Integrated ve Texas Instruments, elektronik devre kesici oluşturmak için monolithic OVP kontrolörleri (örneğin, LTC4367, MAX6495, TPS2595), düşük gerilimli akrepler dahil olmak üzere dışsal N-kansım elektronik devreleri korumak için, bazı oto-retryleri tespit etmek, birkaç nanosaniye içinde MOSFET'yi tersine çevirmek.

Verirhesap sistemleri, programlanabilir yükselticiler (PGA) ve enstrümantasyon yükselticileri (örneğin, ön uçta bulunanlar genellikle AD8221 gibi hızlı geçiciler içerir, ancak dış OVP önlemleri hala sert ortamlar için önerilir.A dalgalanma stopper IC yerleştirilen tüm alt rayları koruyabilir, per-kantal TVS diyotları sinyal hatlarında hızlı geçicileri ele alır.

Hassasiyet için koruma DC Devreleri

Ağırlıklı ölçeklerde kullanılan dayanıklılık, tıbbi ekipman veya sensör arabirimleri, düşük dengeleme ve sürüklememelerini bozan koruma gerektirir.Ekstralar ve diyotlar mevcut ve dengeleme gerilimi artırır. Daha iyi bir yaklaşım, sadece bir aşırı yükleme olayı sırasında açılan hassas bir devreyi kullanır, normal koşullar altında temiz bir sinyal yolu korur. Örneğin LTC4361, mevcut limitlerle dalgalanmak ve yüksek gerilimle hızlanır.

Başka bir teknik, normal işlem sırasında önemli bir güçten yoksun olan belirli bir giriş koruma ağı uygular.Bu JFETs normalde birkaç milimple sınırlıdır. Bu yaklaşım, nanoamperlerin normal işlem sırasında bile kabul edilemez olduğu yüksek gerilimlerde yaygın olarak yaygındır.

Yüksek Hızlı Op-Amp Koruma Önlemleri

Hızlı aparatlar (saygıda genişliğine verilmelere) mevcut benzersiz koruma sorunları.Indüktörleri düşük ve ESD yapıları genellikle sadece 1-2 kV HBM. add TVS diyots with 5-10 pF kapasiteliance, frekans yanıtında önemli bir sinyal ve zirveye sahip olmalıdır. Low-kapsiyon TVS diyotları (en düşük çözünürlükte 1 pampiyonlar için en aza indirmek için 10-50 $ değerindeki en aza indirmek için kullanılabilir.

Crowbar Devreleri

Bir crowbar devresi, gerilimin üzerinde algılanır ve sonra tedarik rayını kısaltır, böylece bir politoksi içinde bir füzyon veya gezinebilir. Bu, güç tedarik koruması için daha yaygındır, ancak hassas bir amorför alt sistemler için uyarlanabilir ve bir şekilde kontrol edilebilir.Bir Zener eşiği tarafından başlatılan silikon kontrol edilebilir (SCR) rayları mikrosaniyeler içinde zemine sokabilir, ancak hata için daha yaygın hale getirir.

Isolation Techniques

Bir afamp sürekli olarak yaygın-mode gerilimlere katılmalıdır, tedarik aralığının dışında, galvanic izolasyon veya yüksek gerilim doğrusal arayüzler gerekli hale gelir. Isolated yükselticiler (e.g., AMC1311) ve izole delta-sigma modüller, baskıları ortadan kaldırmak için izolasyon sağlar ve yüksek maliyetli tasarımları için, yüksek bir gerilimli devreler için bir dirençle takip eder.

Pratik Uygulama Örnekleri

Bu tekniklerin gerçek sistemlerde nasıl bir araya getirildiğini anlamak, tasarımcıların uygun koruma seviyesini seçmelerine yardımcı olur. İki ortak senaryolar ilkeleri göstermektedir.

Bir Motor Drive'da Diril Bir Amplifier korumak

Bir motor sürücüsünde kullanılan diferansiyel yükselteç, 0 V'den 48 V'e kadar ortak bir vuruşa dayanmalıdır, ancak af-amp ±5 V'den desteklenir. Çözüm, yüksek gerilim farkı yükselteçli (örneğin, INA149) yüksek çözünürlükte bir yükleyiciye karşı koruma sağlar. ancak, motor deceler sırasındaki V'ye karşı korumayı korumak için, iki Schottky diyots (BAT54S) tarafından takip edilen her bir girişe karşı direnç sağlar.

Yüksek dereceden bir sensör algılamasını korumak

Bir pH sensörü ile kullanılan hassas bir af (örneğin, 1 pA. Serisi, 1 kULL olarak düşük olan makaslara karşı dirençlidir, ancak DET'nin 10 ila 2 arasında bir çift seri gürültü kullanması gerekir ve DNT'nin üzerindeki baskı kapısının üzerindeki yüksek orandan yukarı doğru ilerlerken kendini kapattırır.

Tasarım ve Layout En İyi Uygulamaları

En iyi koruma bileşenleri yanlış yerleştirilen veya parasitik etkiler göz ardı edilirse başarısız olur. Aşağıdaki uygulamalar, koruma ağının kendisinin bir istikrarsızlık veya bozulan hassaslık kaynağı haline gelmemesini sağlar.

  • [FONT:0) pin'e yakın korumayı tut: Place TVS diyotları, Diferansiyelleri ve seriler, parasitik indükleme girişlerinin birkaç milimetresinde direnir. uzun bir iz, diferansiyel kapasitans ile yüzük alabilir, bu da tırnakları yenebilir.
  • [FONT:0) Katı bir zemin uçağı kullanın: [Döntgenlik zemin uçağı, büyük gerilim yüksek lisanslamaları geliştirmeden geçici akımlara geri dönmemize yardımcı olur.
  • [FONT:0)De çift tedarik rayları iyice:[Dönetici:0) Supply-startlar düşük seviyeli bir filtreyi atarak düşük kapasiteli seramik atlayıcılar ile paralel olarak 10 μF ile paralel olarak, doğrudan af-amp tedarik pimleri ile paralel olarak yapılır. Şiddetli ortamlar için, bir ferrite bead veya seri inductor ekleyin.
  • [FONT:0) En kötü hata akım yollarına tasarım: Simulate veya mevcut akışların nerede dalgalanmak olduğunu hesaplamak. PCB izlerinin pulu kullanarak mevcut darbeyi halledebileceğini sağlayın. Yüksek enerji dalgalanmaları için, termal rahatlama ve daha geniş izler kullanın (örneğin, 1 mm pulbiy genişliği).
  • [FONT:0) Koruma bileşenleri marjla seçin:[Dönetici: [DFLT:1]Derate TVS ve diyot enerji derecelendirmeleri sıcaklık için 85°C ortamında, 25°C'de 400 W için bir TVS diyot sadece 200 W'yi kontrol edebilir.
  • [FONT:0] Koruma ağlarına kazanç sağlamadan yoksundur:[Döneticileri sınırlı olarak kullananlar, amaçlanan geri bildirim ağlarını değiştirmemelidir.In non-inverting configurations, serisi direnç döngüsü dışında olmalıdır; aksi takdirde geri bildirimin geri bildirim taraflarından alınana kadar kazanç sağlayan bir gerilim bölmesi sağlar.

Geçerlilik ve Test Strategies

Koruma devreleri, dağıtımdan önce hem işlevsel test ve stres testleri ile doğrulanmalıdır. Relying sadece simülasyonda yetersizdir çünkü parasitik bileşenler ve gerçek dünya dalgalanmaları dalgaformları öngörülemeyen zayıflıkları ortaya çıkarabilir.

  • [FONT:0)Transient bağışıklık testi:[Dönetici:[Dönder: 1 ) Standart dalgalanma dalgaformları (IEC 61000-4-5, e.g., 1.2/50 μs gerilimi ve 8/20 μs mevcut) güç ve sinyal limanları için. Herhangi bir sapma için artırılmış gerilimleri ölçmek için pin gerilimleri ölçmek için, HBM veya IEC 610004-2 pulsları giriş bağlantılarına kullanın.
  • [[Dönder:0) Sürekli aşırı yükleme: [Dönetici: 0,0) Normal aralığın ötesine geçiş yapmak için programlanabilir bir güç tedariki kullanın, böylece af-amp'ın mevcut ve çıktısını kaydeder.Mevcut bir artış, çoğu zaman ileri sürülen koruma diyotları veya latch-up.Aktif hasarları geri yüklemeden önce durdurun ve aktivasyon eşiğini kaydeder.
  • [FONT:0] Hata koşulları altında yapılan görüntüleme: [Dönder:[Dönder] Sadece seyahat noktası altında sürekli bir aşırı yükleme uygulayın ve sıcak noktalar için kontrol etmek için termal bir kamera kullanın.Aksi olmayanlar bile, küçük bir paket TVS diyot aşırı ısıyı ölçebilir ve sonunda başarısız olur.
  • [FONT:0) Stresten önce ve stresten önce ölçüm ve dengeleme: Geçer hasar tespit etmek için giriş dengeleme gerilimi, önyargı akımı ve gerilim gürültüyü stres testinden ve her bir dalgalanma olayından sonra tekrar dengelemek. Birkaç mikro volt veya pikyomların bozulması erken başarısızlıklara yol açacak kısmi bir hasar verebilir.

Genel Sistem Tasarımına Korumanın Bütünleştirilmesi

Etkili bir opamp koruması, sistem düzeyinde koruma stratejisinden ayrılmaz. Giriş konektörleri, kablolar, güç tedariki ve hatta muhafaza kabul edilmelidir. Shielded kablolar, ferrite chokes on power lines, ve geçici olarak dirençli güç malzemeleri, bir diziye ulaşmanın ciddiyetini azaltır ve bir yönetim kurulunca OVP kontrolörünü birleştirerek iletişim arayüzleri ile birlikte çok katmanlı savunma yaratır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Operasyonel yükselteçleri aşırı yükleme, yüksek çözünürlükte, sabit devreler ve disiplinli PCB düzeni ile ilgili sağlam bir yaklaşım talep eder. Temel teknikler - redüktörler, Schottky fikreasyonlar ve TVS baskılayıcıları - üründeki yaşam boyu etkili olan tehditlerin çoğunuz, bu hassas uygulamaları en yüksek tasarıma gömülerek, doğrulayıcıları ve izolasyon teknolojilerinin en yüksek güvenilirlik koşulları sağlamasını sağlar.