【導(dǎo)讀】在工業(yè)自動(dòng)化、電力監(jiān)控等復(fù)雜環(huán)境中，模擬前端（AFE）的運(yùn)算放大器時(shí)常需要直面一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：輸入電壓瞬態(tài)超越其供電電源軌。這種過壓情況，即便持續(xù)時(shí)間短暫，也極易導(dǎo)致傳統(tǒng)運(yùn)放內(nèi)部二極管導(dǎo)通，引發(fā)性能劣化甚至永久性損壞。雖然可通過外部分立元件（如二極管、限流電阻）搭建保護(hù)電路，但這種方法會(huì)引入漏電流、增加噪聲與板面積，并非最優(yōu)解。本文將深入剖析一種更集成的解決方案——采用Over-The-Top（OTT）技術(shù)的放大器（如ADA4098-1/ADA4099-1），闡述其如何憑借獨(dú)特內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在不犧牲精度與簡(jiǎn)潔性的前提下，提供高達(dá)80V的過壓耐受能力。
在工業(yè)自動(dòng)化、電力監(jiān)控等復(fù)雜環(huán)境中，模擬前端（AFE）的運(yùn)算放大器時(shí)常需要直面一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：輸入電壓瞬態(tài)超越其供電電源軌。這種過壓情況，即便持續(xù)時(shí)間短暫，也極易導(dǎo)致傳統(tǒng)運(yùn)放內(nèi)部二極管導(dǎo)通，引發(fā)性能劣化甚至永久性損壞。雖然可通過外部分立元件（如二極管、限流電阻）搭建保護(hù)電路，但這種方法會(huì)引入漏電流、增加噪聲與板面積，并非最優(yōu)解。本文將深入剖析一種更集成的解決方案——采用Over-The-Top（OTT）技術(shù)的放大器（如ADA4098-1/ADA4099-1），闡述其如何憑借獨(dú)特內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在不犧牲精度與簡(jiǎn)潔性的前提下，提供高達(dá)80V的過壓耐受能力。
OTT技術(shù)核心：雙輸入級(jí)協(xié)同工作
OTT放大器的過人之處在于其精巧的雙輸入級(jí)架構(gòu)。以ADA4098-1為例，其內(nèi)部包含兩個(gè)互補(bǔ)的PNP晶體管輸入級(jí)：
主差分輸入級(jí)：負(fù)責(zé)處理從負(fù)電源軌（-VS）到略低于正電源軌（約+VS - 1.25V）的正常工作信號(hào)。
共基極輸入級(jí)（OTT級(jí)）：當(dāng)輸入共模電壓接近或超過+VS時(shí)，該級(jí)被激活，放大器進(jìn)入“Over-The-Top”模式。
這種設(shè)計(jì)確保了無論輸入信號(hào)處于正常范圍還是遭遇高壓瞬變，放大器始終有相應(yīng)的電路進(jìn)行處理。當(dāng)輸入電壓遠(yuǎn)超+VS時(shí)，OTT模式能使放大器輸出飽和至+VS，同時(shí)內(nèi)部電路能安全承受高達(dá)80V的差模或70V的共模電壓。一旦過壓消失，放大器能瞬間恢復(fù)線性工作，且直流精度不受影響。
圖1. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化表示（取自ADA4098-1）。
典型應(yīng)用場(chǎng)景與設(shè)計(jì)要點(diǎn)
OTT放大器尤其適合易出現(xiàn)過壓場(chǎng)景的信號(hào)調(diào)理，例如：
高邊電流檢測(cè)：在電機(jī)驅(qū)動(dòng)或電源管理中，負(fù)載突變可能引起檢測(cè)電阻兩端電壓瞬間超過運(yùn)放供電軌。OTT放大器能有效抵御此沖擊。
4mA至20mA電流環(huán)接收器：長(zhǎng)線傳輸中可能感應(yīng)高壓浪涌，OTT特性可為接收端提供內(nèi)在保護(hù)。
傳感器接口：靠近動(dòng)力線的傳感器信號(hào)可能串入高壓噪聲。
圖2. 采用ADA4098-1的電流測(cè)量示例。
在設(shè)計(jì)時(shí)需注意：
增益設(shè)置：通常由外部反饋電阻網(wǎng)絡(luò)決定，需選擇適當(dāng)精度（如1%）以減小輸入偏置電流引起的誤差。
容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)：若需驅(qū)動(dòng)較大容性負(fù)載，可在輸出端串聯(lián)小電阻（如50Ω）以增強(qiáng)穩(wěn)定性。
關(guān)斷模式：ADA4098-1提供SHDN引腳，關(guān)斷后輸出呈高阻態(tài)，但OTT保護(hù)功能依然有效。
結(jié)論：集成化保護(hù)提升系統(tǒng)可靠性
面對(duì)工業(yè)環(huán)境中的過壓風(fēng)險(xiǎn)，Over-The-Top放大器提供了一種高度集成、魯棒性強(qiáng)的保護(hù)方案。它通過內(nèi)部雙輸入級(jí)智能切換，省去了復(fù)雜的外部保護(hù)電路，不僅節(jié)省了PCB空間，更避免了引入額外漏電流和噪聲，同時(shí)確保了信號(hào)鏈的測(cè)量精度與長(zhǎng)期可靠性。對(duì)于追求高穩(wěn)健性的工業(yè)AFE設(shè)計(jì)而言，ADA4098-1與ADA4099-1等OTT放大器是實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)的理想選擇。
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