详解前端放大器内部的不同ESD二极管架构

　　当放大器发生外部过压状况时，ESD二极管是放大器与过电应力之间的最后防线。正确理解ESD单元在一个器件中是如何实现的，设计人员就能通过适当的电路设计大大扩展放大器的生存范围。本文旨在向读者介绍各种类型的ESD实现方案，讨论每种方案的特点，并就如何利用这些单元来提高设计鲁棒性提供指南。

　　引言

　　有许多应用的输入不受系统控制，而是连接到外部世界，例如测试设备、仪器仪表和某些检测设备。对于此类应用，输入电压可能会超过前端放大器的额定最大电压，因而必须采用保护方案来维持设计的使用范围和鲁棒性。前端放大器的内部ESD 二极管有时会用来箝位过压状况，但为了确保这种箝位能够提供充分可靠的保护，需要考虑许多因素。了解前端放大器内部的不同ESD二极管架构，以及具体保护电路的热影响和电子迁移影响，有助于设计人员解决保护电路相关的问题，并提高其在现场的使用寿命。

　　ESD二极管配置

　　应当明白，并非所有ESD二极管都是连接到电源和地的简单二极管箝位。有许多可能的方案可以采用，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方案。

　　连接到电源的二极管

　　图1显示了一个放大器实例，二极管连接在输入引脚和电源之间。在正常工作条件下，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，电流经过放大器的输入端流至相应的电源。

　　对于图1所示电路，当过压超过+Vs时，放大器本身不会限制输入电流，需要外部增加串联电阻来限流。当电压低于–Vs时，400 Ω电阻会起到一定的限流作用，设计时应当纳入考虑中。

　　图1. AD8221的输入ESD拓扑结构

　　图 2显示了一个具有相似二极管配置的放大器，但在本例中，电流受内部2.2 kΩ串联电阻的限制。它与图1所示电路的区别不仅在于限流电阻R的值，还在于2.2 kΩ可保护电路不受+Vs以上电压的影响。这个例子复杂难懂，务必充分了解以便在使用ESD二极管时优化保护。

　　图2. AD8250的输入ESD拓扑结构