介紹

在工業應用中，發生高電壓的可能性是一個持續關注的問題。找到提供保護的方法一直是并將繼續是開發人員的一項重要任務。此設計技巧說明了開發人員如何利用過頂 （OTT） 放大器來實現此目的。

即使是工業應用，有時也會遇到高于系統電源的電壓。雖然這里的電位不像汽車電子那樣高，但它們通常高于通常的系統電壓。對于許多運算放大器來說，某些系統電壓甚至可能過高。這給模擬前端（AFE）帶來了巨大的挑戰。例如，較高的電壓會使典型放大器的內部輸入二極管導通。這種狀態存在的時間越長，發生故障甚至故障的可能性就越大。開發人員可以使用外部保護電路（例如外部二極管或電阻器）采取相應的預防措施。然而，這些額外的元件需要電路板上的空間，并且具有漏電流、額外電容和噪聲等缺點。因此，采用 Over-The-Top 技術的集成 IC 解決方案是首選。

OTT如何工作？

為了簡化說明，可以考慮最新一代ADA4098-1或ADA4099-1的內部。這些 OTT 運算放大器每個都有兩個輸入級。第一個是共發射極差分級，由PNP晶體管組成，用于負電源（–V）之間的輸入信號S），最高電壓比正電源低約 1.25 V（+VS).第二個是共基極輸入級，由其他PNP晶體管組成，用于共模電壓為+V的輸入信號S– 1.25 V 或更高。內部電路示例如圖1所示。第一級設計有晶體管Q1和Q2，而第二級設計有晶體管Q3至Q6。

圖1.內部結構的簡化表示（取自最新一代ADA4098-1）。

因此，這些輸入級導致兩個不同但互補的工作范圍。兩個輸入級的失調電壓經過嚴格調整，并在數據手冊中給出。

當輸入的共模電壓接近+V時S，第二級被激活，然后運算放大器處于過頂模式。這可能是各種應用中的過壓情況。例如，對于高端電流測量，由于寄生效應或負載相關效應，電壓可能會超過系統電源電位，即使是暫時的。典型放大器允許信號電壓高達電源電壓范圍。如果輸入遠遠超過此范圍，內部二極管通常會導通，并且有大量電流流過它們。根據信號電壓和電流，這些尖峰可能會中斷放大器的運行，甚至在最壞的情況下會導致集成電路失效。

與遇到此類問題的典型運算放大器不同，具有OTT的放大器可以承受高達80 V的差分輸入電壓。在這種狀態下，輸出電平飽和至正電源（+VS).在此狀態下，輸出保持其吸收或提供數據手冊限值內的電流的能力。一旦輸入恢復到正常工作范圍（–VS至 +VS），輸出電平也將恢復到通常的線性范圍，而不會損壞或降低直流精度。對于高達70 V的共模電壓，情況類似。

采用OTT技術的放大器的應用示例和技巧

一些電流測量示例可在圖2中找到。ADA4098-1是低功耗版本，而ADA4099-1具有更高的帶寬和更高的電壓上升速率。

圖2.使用ADA4098-1的電流測量示例

在低端測量中，增益來自電阻R2和R3。二極管 D1 提高了低負載電流下的單電源精度。

在高端電流測量中，1 kΩ和100 Ω（頂部）電阻對增益起決定性作用。放大器輸入端的電阻提供濾波等功能。在這種情況下，1%的電阻是最佳的。可能的輸入偏置電流會導致通過這些電阻的壓降，而諸如1%的緊密容差將有助于最小化此處的壓降范圍。

ADA4098-1的輸出在兩個電源電壓的45 mV范圍內，在軌與軌之間空載擺幅。輸出可提供24 mA電流和35 mA灌電流。該放大器具有內部補償功能，可驅動 200 pF（最小值）的負載電容。可以在輸出和更高容性負載之間插入一個 50 Ω 串聯電阻，以擴展放大器的容性負載驅動能力。

如果輸出 V外驅動具有較低電位的電路，并且該下游電路具有用于其自身電壓軌的保護二極管，因此將電阻放置在V處是有意義的外.這將限制流向下游電路的可能電流。

ADA4098-1具有專用SHDN引腳，當該引腳置位為高電平時，可將放大器置于極低關斷狀態。邏輯高電平由施加到SHDN引腳的≥1.5 V電壓（相對于–V）定義S針。五世外引腳則處于高阻抗狀態。作為一種替代方法，可以通過移除正電源有效地將放大器置于低功耗狀態。在這兩種關斷模式下，OTT 仍處于活動狀態，電壓高達 70 V 至 –VS可應用于輸入引腳。

除電流或功率測量外，OTT放大器的其他用途是傳感器前端或4 mA至20 mA電流環路。詳細信息、更多應用示例和計算可在數據手冊中找到。

結論

本文演示了過頂放大器如何提供過壓保護。由于智能和精確的內部電路，Over-The-Top放大器同時提供穩健性和準確性。

ADI公司的第五代OTT放大器為您的電路設計提供實驗室中最新的過壓保護。OTT運算放大器（如ADA4098-1和ADA4099-1）可提供超出供電軌的更高電壓容差，同時實現更低的失調誤差和噪聲值。

審核編輯：郭婷