如何設(shè)計一個獲取“Up There”反饋的電路

凌力爾特公司的Over-the-Top運算放大器具有輸入級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，允許它們在正電源軌上方運行閉環(huán)。當(dāng)電壓分開時以及關(guān)閉或完全斷電時，輸入仍保持高阻抗。它們在穩(wěn)健系統(tǒng)中是必不可少的，在不穩(wěn)定的電源排序中需要可靠性。 LT6015，LT6016和LT6017將運算放大器的工作輸入電壓能力擴(kuò)展至76V，并在所有共模輸入電壓和溫度范圍內(nèi)通過350μV(最大值)的微調(diào)偏移電壓提高精度。

輸入拓?fù)?- 工作原理

圖1所示為Over-The-Top輸入級。在低共模時，PNP Q1和Q2形成常規(guī)由I1提供的帶尾電流的精密差分對。

圖1LT6015上的頂部輸入級可將共模電壓降至76V，與正電源電壓無關(guān)。

差分對將其集電極電流轉(zhuǎn)發(fā)到折疊的共源共柵對Q7，Q8，然后驅(qū)動輸出級。當(dāng)共模電壓上升到上部電源軌的1V以內(nèi)時，Q9開始從差分對中竊取尾電流并使其通過Q11，Q12的Widlar，然后將二極管連接對Q3，Q4依次向上偏置。偏置精密公共堿基對Q5，Q6。 Q5和Q6的集電極并聯(lián)成與之前相同的折疊式共源共柵。因此，Q1，Q2差分對和Q5，Q6公共基極對基本上并聯(lián)，每對處理特定的輸入共模范圍。這種方法的真正強大之處在于Q12（以及所涉及的所有其他結(jié)點）可以處理高達(dá)76V的電壓。這意味著即使遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于V +，Q5，Q6輸入級也是有效且精確的，只要反饋也可以在那里運行，運算放大器仍保持閉環(huán)狀態(tài)。請注意，Q5和Q6不提供電流增益，因此LT6015最差情況下15nA的偏移電流在Over-The-Top模式下升至500nA。

圖2的電路是一個簡單的4電阻差動放大器。在V IN 處施加的差分輸入電壓出現(xiàn)在輸出端，增加了100倍，而V CM 的影響相對較小，尤其是在撥入CMRR調(diào)整時。運放輸入可以采用高于-5V電源76V的共模電壓。

圖2增益為100差分放大器。 LT6015的頂部輸入級可以處理高于V-的76V共模輸入電壓，與正電源電壓無關(guān)。

V CM + V IN 由于+輸入端的電阻分壓器衰減，施加到輸入電阻的電壓可能略高。由于偏移電流導(dǎo)致的高輸入電壓極端情況下的最壞情況輸入誤差為500μV，典型值在-5V和+ 5V之間具有更好的精度。

高端電流檢測

圖3的電路是一個精密高端電流檢測放大器，可在寬輸入共模范圍內(nèi)工作，并在電源消失時達(dá)到高阻抗。運算放大器的輸入保持高電平，反饋電平通過FET“向上”移位。

圖3即使在單5V電源上，高端電流檢測放大器也可工作在76V。 FET提供反饋。滿量程輸出受V BAT 和V SUPPLY 限制。 330Ω輸出電阻是預(yù)防措施 - 見文本。對于穩(wěn)健操作，如果V SUPPLY 變低或完全移除，則所有輸入變?yōu)楦咦杩?，因此V BAT 未加載。

因為FET工作于V BAT ，所以當(dāng)輸出接近V BAT - V R1 - V DS <時/子>。 R1和R3設(shè)置增益精度。有人可能會認(rèn)為R2可以是5％容差電阻，但它是為了準(zhǔn)確地抑制由輸入偏置電流產(chǎn)生的直流誤差而添加的，這在Over-The-Top模式下非常高，所以1％不是浪費。對于吉姆·威廉姆斯來說，R4就是一個人，他從不想看到?jīng)]有電阻的MOSFET柵極。 R5是一個帶有警示故障的限流電阻。如果此電路在較高的V BAT 和V SUPPLY 下工作，并且正在驅(qū)動下電源或較低的電源，則下游電路具有保護(hù)二極管它的軌道，然后不可預(yù)測的系統(tǒng)毛刺可能會驅(qū)動FET柵極高電平，將整個V BAT 電壓放在R3上。 R5保持任何下游保護(hù)二極管或短路一定距離，并且應(yīng)根據(jù)值和功率進(jìn)行調(diào)整，假設(shè)FET可以接通硬度。這是在設(shè)計高壓系統(tǒng)穩(wěn)健性時所需的電路考慮的一個例子。

圖4擴(kuò)展范圍高端電流V SOURCE 的讀出放大器低至0.2V。

為了擴(kuò)展高端電流檢測放大器的適用性以降低輸入電壓，可以使用雙LT6016，如圖所示圖4.在第一級中獲得較少的增益可使MOSFET源極電壓保持較低，從而允許較低的輸入共模電壓限制降至0.2V。電路增益在第二個放大器級恢復(fù)。

結(jié)論

Over-the-Top LT6015系列放大器提供工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計人員使用傳統(tǒng)的低壓穩(wěn)壓電源軌進(jìn)行高壓監(jiān)測的精密解決方案。這些放大器內(nèi)置了許多極端工作條件的保護(hù)機制，以確保穩(wěn)健的設(shè)計。