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本文将介绍运算放大器在不同功率序列情况下的问题，分析可能存在的问题，并提出一些建议。

在具有多个电源电压的系统中，必须在施加任何输入信号之前或之前建立运算放大器电源。如果不发生这种情况，可能会发生过压和闩锁情况。

然而，这有时是在现实世界应用中遇到的困难要求。本文将介绍运算放大器在不同功率序列情况下的活动（见表2），分析可能存在的问题，并提出一些建议。

电源排序问题可能会发生变化

存在许多可能出现电源排序问题的不同情况。例如，在一个客户应用中，AD8616可以配置为缓冲器，在建立电源之前输入为0 V（图1），负电源在正电源之前上电（负电源存在且为正）权力不存在）。

表1显示了在这种条件下所有AD8616引脚的结果。在施加V +之前，V +引脚和OUT引脚的电压为负。这可能不会损坏运算放大器，但如果这些信号连接到其他尚未完全供电的芯片上的端子（例如，假设ADC使用相同的V +，其电源引脚通常只允许-0.3 V最小电压），芯片可能会受到损害。如果V +在V-之前上电，则会发生类似的问题。

表1. AD8616引脚的电压，具有-3 VV-施加和V +不存在

表2突出了电源排序中的一些可能情况。

表2.电源排序中的可能情况

运放中的静电放电（ESD）二极管

静电放电也可能导致过压事件。大多数运算放大器都有一个内部ESD二极管，以防止静电ESD事件。当V +或V-不存在时，ESD二极管可以提供分析活动的关键。图2是ADA4077 / ADA4177的简化框图。表3列出了ADA4077-2 / ADA4177-2 IC内部ESD二极管和背靠背二极管的典型压降。请注意，背靠背二极管位于运算放大器的两个输入端之间，用于钳位最大差分输入信号。

表3.运算放大器的内部二极管

另请注意，当DMM用于测量ADA4077-2的D5 / D6时，它在两个输入端子之间没有显示二极管。实际上，在背对背二极管之前有两个电阻系列，用于限制小于±10 mA的输入电流。内部电阻和背靠背二极管将差分输入电压限制在±Vs，以防止基极 - 发射极结击穿。

对于ADA4177，OVP单元集成了稳健性。它们位于ESD二极管和背靠背二极管之前，因此DMM很难测量这些二极管。可以测量ADA4177的输出ESD二极管。

评估设置

图3用于测量运算放大器的活动。通道A和通道B均配置为缓冲器，通道B同相输入通过100kΩ电阻连接到GND。通过使V +不存在（V-存在）或V +存在（V-不存在），可以通过安培和电压表测量输入和功率相关的变量。“通过分析这些变量，我们可以确定当前的流路。

表4显示了浮动输入和一个缺少电源的结果。当V-存在且V +不存在时，V +引脚处存在负电压。当V +存在且V-不存在时，V-引脚上存在正电压。

测试ADA4077-2和ADA4177-2显示了类似的结果。在输入引脚和电源引脚上没有观察到大电流，并且当没有电源轨时，具有浮动输入的运算放大器仍然是安全的。

表5显示了输入接地时的结果。注意IB +，负值表示电流流出+ IN端子。对于IOUT，负值表示电流流出-IN端子。

表4. ADA4077-2 / ADA4177-2浮点输入结果

表5. ADA4077-2 / ADA4177-2接地输入结果

以V +缺失的ADA4077-2为例，V +通过ESD二极管钳位到VIN电压。

• VIN通过ESD钳位二极管连接到V +，因此当VIN为0 V时，V +为-0.846 V.

• 电流路径回路：如图4所示的红色路径，0.7 mA电流从GND（+ IN）流向V +。1.6 mA电流从GND（+ IN）流过内部电阻D5和-IN与OUT之间的反馈路径，然后电流流入输出端。最后，两个电流（0.7 mA和1.6 mA）组合流向-15 V，组合电流回流到GND（+ IN）。

ADA4177-2和ADA4077-2之间的结果相似。请注意，在ADA4177-2中，D1由横向PNP晶体管的发射极基极实现。晶体管将过电压电流从V +传送到V-。图4中的ADA4177电路显示从V +返回到V-的9.1 mA电流，并且在反馈路径中结合0.2 mA电流，导致9.3 mA电流流向-15 V，然后电流流回GND。

在ADA4077-2或ADA4177-2的输入引脚和电源引脚上没有观察到大电流（表5）。这些运算放大器可以承受任何顺序的PU序列，增益为+1，+ IN接地。

当一个电源不存在时，正或负信号（+10 V或-10 V）被施加到+ IN端子。表6显示没有大电流，因此这些运算放大器可以承受任何顺序的PU序列，增益为+1，+ IN接地持续时间很短。

电流路径分析与情况2（0 V输入）类似，参见图5。

表6

案例4：输入和负载电源/输出

在实际应用中，运算放大器电路可以与另一电路一起工作。例如，运算放大器的输出可能会驱动负载，或者运算放大器的电源也可能为其他电路供电。这可能会导致问题。

在此测试中，47Ω电阻连接在输出和GND或缺少的电源引脚和GND之间。表7显示了ADA4077的测试结果。大电流以红色突出显示。假设V +不存在，三种可能的情况可能带来风险：

情况1：当输入为10 V且OUT负载为47Ω时，输出为1.373 V.当运算放大器输出引脚流出23 mA电流时（参见图6），电流路径为：

• 输入信号源提供30.2 mA电流

• 24 mA电流流过D1至V +，6.2 mA电流流过D5，反馈路径流向OUT

• V +的24 mA电流分为1 mA（至V-）和23 mA（至OUT）

• 29.2 mA电流流过47Ω负载到GND 

目前需要限制。通过在+ IN处添加1kΩ电阻，输入电流降至6.8 mA。

情况2：当输入为10 V且V +的负载为47Ω时，170 mA电流流入ADA4077-2，并从V +引脚流出至47Ω电源负载。170 mA电流会烧坏内部二极管并损坏芯片。通过在+ IN处添加1kΩ电阻，输入电流降至8.9 mA。图7显示了当前的流路。
 

表7. ADA4077负载在输出引脚或缺少电源引脚

情况3：当输入为负（-10 V）且OUT的负载为47Ω时（参见图8），流过芯片的电流为48 mA。这将产生48 mA×（-2.5 V + 15 V）= 0.6 W的功耗。考虑到ADA4077-2的158°C /WθJA，结温比环境温度高94.8°。如果有两个通道或负载较重，则结温可能高于150°，芯片可能会损坏。

不要在输入端添加限流电阻，而应在输出端添加电阻。

当V +存在且V-不存在时，将发生相同的现象。通过添加外部电阻来限制电流，电路可以更加稳健。

对于ADA4177-2，仅适用情况3。当输出端同时存在较大的负输入和较重负载且V +不存在且有53 mA电流流过芯片时，功耗可能会增加，结温会升高（参见图9）。通过在输出端添加1kΩ电阻，可以避免风险。

在两个运算放大器中，ADA4177-2比ADA4077-2更强大。对于要求精度和稳健性的应用，它是首选。

电源排序中的其他运算放大器活动

在运算放大器中，存在二极管，电阻器和OVP单元的不同实现。有些运算放大器没有内部OVP单元，有些没有背对背二极管。如果没有一个电源，则不同的实现将产生不同的结果。此外，不同的运算放大器设计可以产生不同的结果。

例如，ADA4084-2没有内部限流电阻或OVP电池，它的ESD二极管连接到电源和背靠背二极管。表9和图10显示了V +不存在且输入电压为10 V时的结果。ADA4084的活动和电流路径与ADA4077-2和ADA4177-2类似（前面在案例3中讨论过）。但是，由于ADA4084没有内部电阻或OVP单元来限制电流，因此60 mA电流将流入芯片，这可能会导致损坏。

表8. ADA4177在输出引脚或缺少电源引脚时的负载

表9

在系统应用中，可以实现不同的运算放大器，不同的拓扑结构（例如非反相放大，反相放大和差分放大），不同的负载和外部连接。如果没有一个电源，则需要评估风险。本文可以为建立评估电路提供指导（图2），如何分析当前路径，并评估潜在风险。

为避免过压或闩锁情况，必须同时建立运算放大器电源。一般准则是： 

• 在上电序列期间，首先打开电源，然后在输入端应用信号 

• 在电源关闭期间，首先关闭输入信号，然后关闭电源 

在实际应用中，这些指南可能难以遵守。这可能会导致问题，尤其是在存在输入信号时，设计人员需要正确评估风险。一种有效的解决方案是尝试限制运算放大器的输入电流，使其符合数据手册中的规范。在输入和输出端添加限流电阻有助于无法同时供电的应用。 

我们在没有应用的电源（ADA4084-2，ADA4077-2和ADA4177-2）中测试了三个ADI运算放大器。当与内部电阻集成时，ADA4077-2非常强大。ADA4177与OVP电路集成时，具有最佳的稳健性。在可能没有电源且无法添加外部限流电阻的应用中，建议使用ADA4177以避免降低精度。