摘要
当放大器产生外部过压状况时，ESD二极管是放大器与过电应力之间的终究防地。正确理解ESD单元在一个器材中是怎么完成的，规划人员就能通过恰当的电路规划大大扩展放大器的生计规模。本文旨在向读者介绍各种类型的ESD完成计划，评论每种计划的特色，并就怎么运用这些单元来进步规划鲁棒性供给攻略。
导言
有许多运用的输入不受系统控制，而是衔接到外部国际，例如测验设备、仪器仪表和某些检测设备。关于此类运用，输入电压或许会超越前端放大器的额定最大电压，因此有必要选用维护计划来保持规划的运用规模和鲁棒性。前端放大器的内部ESD二极管有时会用来箝位过压状况，但为了保证这种箝位能够供给充沛牢靠的维护，需求考虑许多要素。了解前端放大器内部的不同ESD二极管架构，以及详细维护电路的热影响和电子搬迁影响，有助于规划人员处理维护电路相关的问题，并进步其在现场的运用寿数。
ESD二极管装备
应当理解，并非一切ESD二极管都是衔接到电源和地的简略二极管箝位。有许多或许的计划能够选用，例如：多个二极管串联、二极管和电阻、背靠背二极管等。下面介绍一些较为常见的计划。
衔接到电源的二极管
图1显现了一个放大器实例，二极管衔接在输入引脚和电源之间。在正常作业条件下，二极管反偏，但当输入高于正电源电压或低于负电源电压时，二极管变为正偏。当二极管变为正偏时，电流通过放大器的输入端流至相应的电源。
关于图1所示电路，当过压超越+Vs时，放大器本身不会约束输入电流，需求外部添加串联电阻来限流。当电压低于–Vs时，400 Ω电阻会起到必定的限流效果，规划时应当归入考虑中。
图1. AD8221的输入ESD拓扑结构
图2显现了一个具有类似二极管装备的放大器，但在本例中，电流受内部2.2 kΩ串联电阻的约束。它与图1所示电路的差异不只在于限流电阻R的值，还在于2.2 kΩ可维护电路不受+Vs以上电压的影响。这个比如杂乱难明，必须充沛了解以便在运用ESD二极管时优化维护。
图2. AD8250的输入ESD拓扑结构
限流JFET
与图1和图2中的计划不同，IC规划能够运用限流JFET替代二极管箝位。图3显现了一个比如，当输入电压超越器材的额定作业规模时，JFET被用来维护器材。JFET输入使该器材本身就能耐受相反供电轨的最高40 V电压。因为JFET会约束流入输入引脚的电流，因此ESD单元无法用作额定的过压维护。
当需求最高40 V的电压维护时，此器材的JFET维护可供给严厉受控的、牢靠的、彻底清晰的维护计划。这常常与运用ESD二极管的维护计划相反，后者关于二极管限流的信息常常指定典型值，乃至彻底不清晰。
图3. AD8226的输入维护计划
二极管堆叠
在答应输入电压超越电源电压或地的运用中，能够运用二极管堆叠来防止输入受ESD事情的影响。图4所示的放大器便是选用堆叠二极管维护计划。该装备运用二极管串来防备负瞬变。在可用输入规模内，二极管串用于约束漏电流，但当超越负共模规模时，它就会供给维护。记住，二极管串的等效串联电阻是仅有的限流办法。关于给定电压，可运用外部串联电阻来下降输入电流。
图4. AD8417的低端输入维护计划
背靠背二极管
当答应输入电压规模超越电源电压时，也可运用背靠背二极管。图5所示的放大器选用背靠背二极管来为器材供给ESD维护，选用3.3 V电源供电时，其答应电压最高到达70 V。D4和D5是高压二极管，用于应对输入引脚上或许存在的高电压;当输入电压在正常作业规模以内时，D1和D2用于防止漏电流。在这种装备中，不主张运用这些ESD单元来供给过压维护，因为若超越高压二极管的最大反偏电压，很简单形成器材永久损坏。
图5. AD8418的高端输入维护计划
无ESD箝位
某些器材的前端没有ESD器材。很显然，假如没有ESD二极管，规划人员当然无法将其用于箝位。之所以说到这种架构，是因为在研讨过压维护 (OVP) 时，需求留意这种状况。图6所示的器材仅运用大阻值电阻维护放大器。
图6. AD8479的输入维护计划
ESD单元用于箝位
除了解ESD单元怎么完成之外，还有必要知道怎么运用这些结构供给维护。典型运用运用串联电阻来约束额定电压规模内的电流。
当放大器装备为图7所示时，或许输入受衔接到电源的二极管维护时，输入电流限值可运用以下公式核算。
图7. ESD单元用于箝位
公式1用到一个假定，即VSTRESS > VSUPPLY。若非如此，应测得更准确的二极管电压并将其用于核算，而不要运用0.7 V的近似值。
下面是一个核算实例，其间放大器选用±15 V电源供电，要防备的输入过压高达±120 V，输入电流约束在1 mA。依据公式1，咱们能够运用这些输入进行核算：
依据上述要求，RPROTECTION > 105 kΩ可将二极管电流约束在 1 mA以下。
了解限流
IDIODE最大值随器材而不同，它还取决于施加过压的特定运用景象。继续数毫秒的一次性事情，与在运用的悉数20年或更多年的使命寿射中继续施加电流，其最大电流将会不同。详细指导值可在放大器数据手册的肯定最大值部分或运用笔记中找到，一般在1 mA至10 mA规模内。
毛病形式
详细维护计划的最大电流额定值终究要受两个要素的约束： 二极管功耗的热影响和电流途径的最大电流额定值。功耗应保持在阈值以下，使作业温度一直处于有用规模;所选电流应在额定最大值规模内，防止电子搬迁引起牢靠性问题。
热影响
当电流流入ESD二极管时，二极管的功耗会引起温度升高。大都放大器数据手册指定了热阻(一般指定JA)，它显现了断温升幅与功耗的联系。考虑最差状况下的运用温度，以及功耗引起的最坏温度升幅，能够判别维护电路是否有用。
电子搬迁
即便电流不引起热问题，二极管电流也或许形成牢靠性问题。因为电子搬迁，任何电气信号途径都有一个最大寿数电流额定值。二极管电流途径的电子搬迁电流限值一般受与二极管串联的内部走线的厚度约束。放大器制造商不必定会发布此信息，但若二极管长期作业(而不是作业很短时刻)，就需求予以考虑。
举个比如，当放大器监控(因此衔接到)一个独立于其本身供电轨的电压轨时，电子搬迁便或许是一个问题。当存在多个电源域时，或许会产生因电源时序问题而引起电压暂时超越肯定最大条件的状况。考虑最差状况下的电流途径和在整个运用寿射中以此电流作业的继续时刻，并了解电子搬迁的最大答应电流，便可防止电子搬迁引起牢靠性问题。
定论
了解放大器内部ESD二极管怎么在过电应力期间激活，有助于轻松进步规划的鲁棒性。研讨维护电路的热影响和电子搬迁影响，能够凸显潜在的问题并显现是否需求额定的维护。考虑本文提出的条件能够让规划人员作出正确挑选，防止在现场产生鲁棒性问题。
