分享关于运算放大器电源上电时序导致的风险避免以及相关研究
在有多个供电电源的系统中，运算放大器电源必须在施加输入信号的同时或之前建立。否则，便可能发生过压和闩锁状况。
然而，在实际应用中，这个要求有时候可能难以满足。本文讨论运算放大器在不同上电时序情况下的行为表现（参见表2），分析可能的问题及原因，并提出一些建议。
上电时序问题多种多样
上电时序问题可能出现于多种不同情况。例如，在一个客户应用中，ad8616配置为缓冲器，在电源建立之前输入为0 v（图1），负电源先于正电源上电（负电源有而正电源无）。
图1. ad8616测试电路，施加–3 v v–，v+没有连接电源
表1显示了这种情况下ad8616所有引脚的结果。在正电源管脚v+上的信号建立之前，v+引脚和out引脚上的电压为负值。这可能不会损害运算放大器，但若这些信号连接到其他尚未完全供电的芯片上的引脚（例如，假设adc使用同一v+，其电源引脚一般只能承受最小–0.3 v电压），则这些芯片可能会受损。如果v+先于v–上电，会发生同样的问题。
表2列出了上电时序的一些可能情况。
表1. 施加–3 v v–而v+没有连接电源时的ad8616引脚电压
引脚1: outa 引脚2: –ina 引脚3: +ina 引脚4: v– 引脚5: +inb 引脚6: –inb 引脚7: outb 引脚8: v+
–1.627 –1.627 –0.959 –3.000 –0.959 –1.627 –1.627 –1.627
表2. 上电时序的可能情况in
in v+ v– 放大器电源有其他负载 放大器输出有负载
情形 1 浮空
浮空 有
无 无
有 否
否 否
否
情形 2 0 v
0 v 有
无 无
有 否
否 否
否
情形 3 正或负
正或负 有
无 无
有 否
否 否
否
情形 4 正或负
正或负
正或负
正或负 有
有
无
无 无
无
有
有 是
否
是
否 否
是
否
是
运算放大器内部的静电放电(esd)二极管
静电放电可能引起过压事件。大部分运算放大器内置esd二极管 以防止静电esd事件。当v+或v–不存在时，esd二极管是分析放大 器相关行为的重要工具。图2为ada4077/ada4177的简化框图。表3 显示了ada4077-2/ada4177-2内部esd二极管和背靠背二极管的典 型压降。注意，背靠背二极管位于运算放大器的两个输入引脚之间， 用来箝位放大器允许输入的最大差分信号。
图2. ada4077/ada4177简化框图
表3. 运算放大器内部二极管
ada4077 ada4177
d1 0.838 未知
d2 0.845 未知
d3 0.837 未知
d4 0.844 未知
d5 未知 未知
d6 未知 未知
d7 0.841 0.849
d8 0.842 0.849
还要注意，当利用dmm测量ada4077-2的d5/d6时，结果显示两个输 入引脚之间无二极管。事实上，背靠背二极管之前有两个串联电阻， 用来将输入电流限制在±10 ma以下。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-发射极结点击穿。
a da4177集成了ovp单元以提高鲁棒性。它们位于esd二极管和 背靠背二极管之前，因此很难用dmm测量这些二极管的管压降。 ada4177的输出esd二极管的管压降是可以测量的。
建立评估系统
图3用于测量运算放大器电路的电流流向等行为。通道a和通道b各 自配置为缓冲器，通道b同相输入端经由100 kω电阻连接到gnd。让 v+不供电（v–供电）或v+供电（v–不供电），便可利用安培表和电 压表测量输入及电源相关变量（电压值和电流值）。通过分析这些 变量，可以确定电流流动的路径。
图3. 放大器电流路径评估系统建立
情形1：输入悬空
表4显示了一个输入悬空和一个电源未供电时的结果。当v–供电而 v+不供电时，v+引脚上有一个负电压。当v+供电而v–不供电时，v– 引脚上有一个正电压。
测试ada4077-2和ada4177-2得到类似的结果。输入引脚和电源引 脚上没有观测到大电流，输入悬空的运算放大器在一个供电轨没 有供电时仍然是安全的。
情形2：输入接地
表5显示了输入接地时的结果。注意，对于ib+，负值意味着电流流 出+in引脚。对于iout，负值意味着电流流出–in引脚。
表4. ada4077-2/ada4177-2输入悬空时的结果
条件 v+ v– isy+ (ma) isy– (ma) ib+ (ma) iout (ma) in (v) out (v)
ada4077-2 正负电源都上电 15 –15 1.02 1.01 –0.00005 0.00007 0.001 –0.008
v+ 无 –13.1 –15 0 0.12 –0.00001 0.001 –13.73 –14.42
v– 无 15 13.06 0.15 0 –0.00001 0.001 12.93 13.62
ada4177-2 正负电源都上电 15 –15 0.98 0.96 –0.00001 0.00002 0 0.001
v+ 无 –14.26 –15 0 0.14 –0.00002 0.00137 –13.77 –13.78
v– 无 15 12.96 0.14 0 –0.00001 –0.00039 12.26 12.31
表5. ada4077-2/ada4177-2输入接地时的结果
条件 v+ v– isy+&(ma) isy– (ma) ib+ (ma) iout (ma) in (v) out (v)
ada4077-2 正负电源都上电 15 –15 1.01 1 –0.00005 0.00001 0 –0.019
v+ 无 –0.846 –15 0 2.30 2.300 –1.60 –0.017 –2.68
v– 无 15 0.847 1.78 0 –1.758 1.064 0.12 2.116
ada4177-2 正负电源都上电 15 –15 0.98 0.96 –0.00001 0.00002 0 0
v+ 无 –11.99 –15 0 9.3 9.300 –0.200 –0.068 –11.98
v– 无 15 1.848 1.84 0 –1.823 0.067 0.013 1.851
以ada4077-2 v+未上电的情况为例，esd二极管将v+箝位于vin电压。
v i n通过e s d箝位二极管连接到v+，因此当v i n为0 v时，v+ 为–0.846 v。
电流流动路径：如图4中的红色路径所示，0.7 ma电流从gnd (+in)流到v+。1.6 ma电流从gnd (+in)经过内部电阻、d5以及–in 和out之间的反馈路径，流入输出端。最后，这两个电流（0.7 ma 和1.6 ma）汇合流至–15 v，合并后的电流流回gnd (+in)。
ada4177-2和ada4077-2的结果类似。注意，ada4177-2中的d1是通 过横向pnp晶体管的发射极基极实现的。该晶体管将过压电流从v+ 带走到v–。图4中的ada4177电路显示有9.1 ma电流从v+流回v–，并 与反馈路径中的0.2 ma电流汇合，产生9.3 ma电流流至–15 v，然后 该电流流回gnd。
ada4077-2或ada4177-2的输入引脚和电源引脚均未观测到大电流（表 5）。增益为+1且+in接地时，这些运算放大器可承受任何时序的pu上电。
情形3：有输入
在一个电源未上电的情况下，将一个正信号或负信号（+10 v或-10 v） 施加于+in端。表6显示没有大电流，因此当增益为+1且+in有输入时， 这些运算放大器可承受任何顺序的pu上电。
电流流动路径分析与情形2（0 v输入）相似，参见图5。
图4. v+未上电时ada4077/ada4177电流路径（输入接地）
图5. v+未上电时ada4077/ada4177电流路径（10 v输入）
表6
条件 v+ v– isy+ (ma) isy– (ma) ib+ (ma) iout (ma) in (v) out (v)
ada4077-2 正负电源均上电 15 –15 1.03 1.01 0.00098 –0.00003 10 9.97
v + 不存在，正输入 9.14 –15 0 2.4 2.396 –1.653 9.99 7.3
v + 不存在，负输入 –10.83 –15 0 2.41 2.308 –1.651 –10.02 –12.66
v – 不存在，正输入 15 10.83 1.81 0 –1.689 1.055 10.02 12.09
v– 不存在，负输入 15 –9.15 1.77 0 –1.759 1.031 –9.99 –7.88
ada4177-2 正负电源均上电 15 –15 1.02 1 –0.00099 –0.00009 9.99 9.97
v+ 不存在，正输入 –9.09 –15 0 8.86 8.866 –0.113 9.92 –9.06
v+ 不存在，负输入 –12.33 –15 0 4.31 4.18 –0.039 –10.02 –12.32
v– 不存在，正输入 15 11.42 1.33 0 –1.2 0.056 9.99 11.43
v– 不存在，负输入 15 –8.33 1.51 0 –1.492 0.062 –9.97 –8.32
情形4：有输入且电源/输出有负载
在实际应用中，运算放大器电路可能要与其他电路一起工作。例如， 运算放大器的输出可能会驱动一个负载，或者运算放大器的电源 会为其他电路供电。这会引起问题。
在该测试中，一个47 ω电阻连接在输出与gnd之间，或连接在未上 电的电源引脚与gnd之间。图7显示了ada4077的测试结果。三种可 能情况会带来风险（假定v+未上电）：
情况1：当输入为10 v且out负载为47 ω时，输出为1.373 v。有23 ma电流从运算放大器的输出引脚流出（参见图6），电流路径为：
输入信号源提供30.2 ma电流
24 ma电流流经d1至v+，6.2 ma电流流经d5和反馈路径至out
来自v+的24 ma电流分为1 ma（至v–）和23 ma（至out）
29.2 ma电流流经47 ω负载至gnd
ada4077-2允许的输入电流最大为10ma，所以需要限流。在+in端 增加一个1 kω电阻，可使输入电流降至6.8 ma。
情况2：当输入为10 v且v+负载为47 ω时，170 ma电流会流入 ada4077-2，并从v+引脚流出到47 ω电源负载。170 ma电流会烧 毁内部二极管，损坏芯片。在+in端增加一个1 kω电阻，可使输入 电流降至8.9 ma。图7显示了电流流动路径。
表7.ada4077的输出引脚或无电源的电源引脚上有负载
ada4077-2 条件 in (v) v+ v– isy+ (ma) isy– (ma) ib+ (ma) iout (ma) out (v)
v+ 无 vo 或 v+ 无负载/正输入 9.99 9.14 –15 0 2.4 2.396 –1.653 7.3
vo 47 ω 至 gnd 9.98 8.77 –15 0 1.00 30.22 –6.174 1.373
vo 47 ω 至 gnd 和 1 kω 9.98 2.389 –15 0 0.76 6.828 –2.104 0.284
v+ 47 ω 至 gnd 9.59 8.01 –15 170 5.05 175 –5.0 6.06
v+ 47 ω 至 gnd 和 1 kω 9.94 0.295 –15 6.27 2.69 8.96 –2.69 –1.876
vo 或 v+ 无负载/负输出 –10.02 –10.83 –15 0 2.41 2.308 –1.651 –12.66
vo 47 ω 至 gnd –9.97 –3.226 –15 0 48.6 –4.65 4.885 –2.501
vo 47 ω 至 gnd 和 1 kω –10.02 –10.83 –15 0 14.30 2.284 –1.629 –0.563
图6. v+未上电时ada4077的电流路径（10 v输入和47 ω输出负载）
图7. v+未上电时ada4077的电流路径（10 v输入和47 ω电源负载）
情况3：当输入为负(-10 v)且out负载为47 ω时（参见图8），有48 ma电流流经芯片。由此产生的功耗为48 ma × (–2.5 v + 15 v) = 0.6 w。ada4077-2的θja为158°c/w，因此结温比环境温度高出 94.8°。若有两个通道或负载更重，结温可能高于150°，致使芯片 受损。
不应在输入端增加限流电阻，而应在输出端增加限流电阻。
当v+上电而v–未上电时，会发生同样的现象。通过增加外部电 阻来限制电流，电路鲁棒性可以变得更好。
对于ada4177-2，仅情况3适用。当有很大的负输入，同时输出端有 很重的负载，且v+未上电时，有53 ma电流流经芯片，功耗可能会 增加，结温随之提高（参见图9）。通过在输出端增加一个1 kω电阻， 可以避免这种风险。
在这两款运算放大器中，ada4177-2比ada4077-2更鲁棒。在同时要 求高精度和鲁棒性的应用中，前者是不错的选择。
其他运算放大器在不同上电时序下的表现
在运算放大器内部，二极管、电阻和ovp单元有各种各样的实施方式。 有些运算放大器没有内部ovp单元，有些没有背靠背二极管，有些没 有内部限流电阻。如果一个电源未上电，放大器不同的内部结构会产 生不同的结果。此外，不同的运算放大器设计也会产生不同的结果。
例如，ada4084-2没有内部限流电阻和ovp单元，其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+未上电且有10 v输入 时的结果。ada4084的电流路径与ada4077-2和ada4177-2相似（上 文中的情形3已讨论）。然而，ada4084没有内部电阻或ovp单元来 限制电流，60 ma电流会流入芯片，可能引起损害。
图8. v+未上电时ada4077的电流路径（-10 v输入和47 ω输出负载）
图9. v+未上电时ada4177的电流路径（-10 v输入和47 ω输出负载）
图10. v+未上电时ada4084的电流路径（10 v输入）
表8. ada4177的输出引脚或无电源的电源引脚上有负载
ada4177-2 条件 in (v) v+ v– isy+ (ma) isy– (ma) ib+ (ma) iout (ma) out (v)
v+ 无 vo 或 v+ 浮空和负输入 –10.02 –12.33 –15 0 4.31 4.18 –0.039 –12.32
vo 47 ω 至 gnd –9.97 –3.218 –15 0 51.53 –2.473 2.632 –2.543
vo 47 ω 至 gnd 和 1 kω –10 –10.4 –15 0 9.10 –0.003 0.147 –0.428
表9
ada4084-2 condition v+ v– i+(ma) i– (ma) ib+ (ma) iout (ma) in (v) out (v)
正负电源均上电 15 –15 1.38 1.37 –0.001 –0.0001 10 9.98
v+ 未上电，正输入 8.71 –15 0 60.1 60.102 –51.89 9.56 7.99
在系统应用中，不同的运算放大器、不同的拓扑结构（如同相放大、 反相放大、差动放大等）、不同的负载和外部连接都可能存在。如 果存在有某个电源未上电的情况，需要对风险进行评估。本文介绍 了如何搭建评估风险的电路（图2）、如何分析电流路径以及评估潜 在的风险。
总结
为了避免过压或闩锁情况，必须同时建立运算放大器电源。一般指 南如下：
上电时，先接通电源，再在输入端施加信号
关断时，先关闭输入信号，再关闭电源
在实际应用中，可能难以遵守这些指导原则。这可能会引起问题， 尤其是当有输入信号时，设计人员需要适当评估风险。一种有效的 解决方案是限制运算放大器的输入电流，使它在数据手册给出的 规格以内。在无法同时上电的应用中，输入端和输出端增加限流电 阻会有帮助。
我们在电源未上电的应用中测试了三款adi运算放大器（ada4084-2、 ada4077-2和ada4177-2）。集成内部电阻的ada4077-2表现不错。集 成ovp电路的ada4177的鲁棒性最好。在某个电源在某个时间段可 能未上电且无法增加外部限流电阻的应用中，推荐使用ada4177以 避免精度性能下降。
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然而，在实际应用中，这个要求有时候可能难以满足。本文讨论运算放大器在不同上电时序情况下的行为表现（参见表2），分析可能的问题及原因，并提出一些建议。
上电时序问题多种多样
上电时序问题可能出现于多种不同情况。例如，在一个客户应用中，ad8616配置为缓冲器，在电源建立之前输入为0 v（图1），负电源先于正电源上电（负电源有而正电源无）。
图1. ad8616测试电路，施加–3 v v–，v+没有连接电源
表1显示了这种情况下ad8616所有引脚的结果。在正电源管脚v+上的信号建立之前，v+引脚和out引脚上的电压为负值。这可能不会损害运算放大器，但若这些信号连接到其他尚未完全供电的芯片上的引脚（例如，假设adc使用同一v+，其电源引脚一般只能承受最小–0.3 v电压），则这些芯片可能会受损。如果v+先于v–上电，会发生同样的问题。
表2列出了上电时序的一些可能情况。
表1. 施加–3 v v–而v+没有连接电源时的ad8616引脚电压
引脚1: outa 引脚2: –ina 引脚3: +ina 引脚4: v– 引脚5: +inb 引脚6: –inb 引脚7: outb 引脚8: v+
–1.627 –1.627 –0.959 –3.000 –0.959 –1.627 –1.627 –1.627
表2. 上电时序的可能情况in
in v+ v– 放大器电源有其他负载 放大器输出有负载
情形 1 浮空
浮空 有
无 无
有 否
否 否
否
情形 2 0 v
0 v 有
无 无
有 否
否 否
否
情形 3 正或负
正或负 有
无 无
有 否
否 否
否
情形 4 正或负
正或负
正或负
正或负 有
有
无
无 无
无
有
有 是
否
是
否 否
是
否
是
运算放大器内部的静电放电(esd)二极管
静电放电可能引起过压事件。大部分运算放大器内置esd二极管 以防止静电esd事件。当v+或v–不存在时，esd二极管是分析放大 器相关行为的重要工具。图2为ada4077/ada4177的简化框图。表3 显示了ada4077-2/ada4177-2内部esd二极管和背靠背二极管的典 型压降。注意，背靠背二极管位于运算放大器的两个输入引脚之间， 用来箝位放大器允许输入的最大差分信号。
图2. ada4077/ada4177简化框图
表3. 运算放大器内部二极管
ada4077 ada4177
d1 0.838 未知
d2 0.845 未知
d3 0.837 未知
d4 0.844 未知
d5 未知 未知
d6 未知 未知
d7 0.841 0.849
d8 0.842 0.849
还要注意，当利用dmm测量ada4077-2的d5/d6时，结果显示两个输 入引脚之间无二极管。事实上，背靠背二极管之前有两个串联电阻， 用来将输入电流限制在±10 ma以下。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-发射极结点击穿。
a da4177集成了ovp单元以提高鲁棒性。它们位于esd二极管和 背靠背二极管之前，因此很难用dmm测量这些二极管的管压降。 ada4177的输出esd二极管的管压降是可以测量的。
建立评估系统
图3用于测量运算放大器电路的电流流向等行为。通道a和通道b各 自配置为缓冲器，通道b同相输入端经由100 kω电阻连接到gnd。让 v+不供电（v–供电）或v+供电（v–不供电），便可利用安培表和电 压表测量输入及电源相关变量（电压值和电流值）。通过分析这些 变量，可以确定电流流动的路径。
图3. 放大器电流路径评估系统建立
情形1：输入悬空
表4显示了一个输入悬空和一个电源未供电时的结果。当v–供电而 v+不供电时，v+引脚上有一个负电压。当v+供电而v–不供电时，v– 引脚上有一个正电压。
测试ada4077-2和ada4177-2得到类似的结果。输入引脚和电源引 脚上没有观测到大电流，输入悬空的运算放大器在一个供电轨没 有供电时仍然是安全的。
情形2：输入接地
表5显示了输入接地时的结果。注意，对于ib+，负值意味着电流流 出+in引脚。对于iout，负值意味着电流流出–in引脚。
表4. ada4077-2/ada4177-2输入悬空时的结果
条件 v+ v– isy+ (ma) isy– (ma) ib+ (ma) iout (ma) in (v) out (v)
ada4077-2 正负电源都上电 15 –15 1.02 1.01 –0.00005 0.00007 0.001 –0.008
v+ 无 –13.1 –15 0 0.12 –0.00001 0.001 –13.73 –14.42
v– 无 15 13.06 0.15 0 –0.00001 0.001 12.93 13.62
ada4177-2 正负电源都上电 15 –15 0.98 0.96 –0.00001 0.00002 0 0.001
v+ 无 –14.26 –15 0 0.14 –0.00002 0.00137 –13.77 –13.78
v– 无 15 12.96 0.14 0 –0.00001 –0.00039 12.26 12.31
表5. ada4077-2/ada4177-2输入接地时的结果
条件 v+ v– isy+&(ma) isy– (ma) ib+ (ma) iout (ma) in (v) out (v)
ada4077-2 正负电源都上电 15 –15 1.01 1 –0.00005 0.00001 0 –0.019
v+ 无 –0.846 –15 0 2.30 2.300 –1.60 –0.017 –2.68
v– 无 15 0.847 1.78 0 –1.758 1.064 0.12 2.116
ada4177-2 正负电源都上电 15 –15 0.98 0.96 –0.00001 0.00002 0 0
v+ 无 –11.99 –15 0 9.3 9.300 –0.200 –0.068 –11.98
v– 无 15 1.848 1.84 0 –1.823 0.067 0.013 1.851
以ada4077-2 v+未上电的情况为例，esd二极管将v+箝位于vin电压。
v i n通过e s d箝位二极管连接到v+，因此当v i n为0 v时，v+ 为–0.846 v。
电流流动路径：如图4中的红色路径所示，0.7 ma电流从gnd (+in)流到v+。1.6 ma电流从gnd (+in)经过内部电阻、d5以及–in 和out之间的反馈路径，流入输出端。最后，这两个电流（0.7 ma 和1.6 ma）汇合流至–15 v，合并后的电流流回gnd (+in)。
ada4177-2和ada4077-2的结果类似。注意，ada4177-2中的d1是通 过横向pnp晶体管的发射极基极实现的。该晶体管将过压电流从v+ 带走到v–。图4中的ada4177电路显示有9.1 ma电流从v+流回v–，并 与反馈路径中的0.2 ma电流汇合，产生9.3 ma电流流至–15 v，然后 该电流流回gnd。
ada4077-2或ada4177-2的输入引脚和电源引脚均未观测到大电流（表 5）。增益为+1且+in接地时，这些运算放大器可承受任何时序的pu上电。
情形3：有输入
在一个电源未上电的情况下，将一个正信号或负信号（+10 v或-10 v） 施加于+in端。表6显示没有大电流，因此当增益为+1且+in有输入时， 这些运算放大器可承受任何顺序的pu上电。
电流流动路径分析与情形2（0 v输入）相似，参见图5。
图4. v+未上电时ada4077/ada4177电流路径（输入接地）
图5. v+未上电时ada4077/ada4177电流路径（10 v输入）
表6
条件 v+ v– isy+ (ma) isy– (ma) ib+ (ma) iout (ma) in (v) out (v)
ada4077-2 正负电源均上电 15 –15 1.03 1.01 0.00098 –0.00003 10 9.97
v + 不存在，正输入 9.14 –15 0 2.4 2.396 –1.653 9.99 7.3
v + 不存在，负输入 –10.83 –15 0 2.41 2.308 –1.651 –10.02 –12.66
v – 不存在，正输入 15 10.83 1.81 0 –1.689 1.055 10.02 12.09
v– 不存在，负输入 15 –9.15 1.77 0 –1.759 1.031 –9.99 –7.88
ada4177-2 正负电源均上电 15 –15 1.02 1 –0.00099 –0.00009 9.99 9.97
v+ 不存在，正输入 –9.09 –15 0 8.86 8.866 –0.113 9.92 –9.06
v+ 不存在，负输入 –12.33 –15 0 4.31 4.18 –0.039 –10.02 –12.32
v– 不存在，正输入 15 11.42 1.33 0 –1.2 0.056 9.99 11.43
v– 不存在，负输入 15 –8.33 1.51 0 –1.492 0.062 –9.97 –8.32
情形4：有输入且电源/输出有负载
在实际应用中，运算放大器电路可能要与其他电路一起工作。例如， 运算放大器的输出可能会驱动一个负载，或者运算放大器的电源 会为其他电路供电。这会引起问题。
在该测试中，一个47 ω电阻连接在输出与gnd之间，或连接在未上 电的电源引脚与gnd之间。图7显示了ada4077的测试结果。三种可 能情况会带来风险（假定v+未上电）：
情况1：当输入为10 v且out负载为47 ω时，输出为1.373 v。有23 ma电流从运算放大器的输出引脚流出（参见图6），电流路径为：
输入信号源提供30.2 ma电流
24 ma电流流经d1至v+，6.2 ma电流流经d5和反馈路径至out
来自v+的24 ma电流分为1 ma（至v–）和23 ma（至out）
29.2 ma电流流经47 ω负载至gnd
ada4077-2允许的输入电流最大为10ma，所以需要限流。在+in端 增加一个1 kω电阻，可使输入电流降至6.8 ma。
情况2：当输入为10 v且v+负载为47 ω时，170 ma电流会流入 ada4077-2，并从v+引脚流出到47 ω电源负载。170 ma电流会烧 毁内部二极管，损坏芯片。在+in端增加一个1 kω电阻，可使输入 电流降至8.9 ma。图7显示了电流流动路径。
表7.ada4077的输出引脚或无电源的电源引脚上有负载
ada4077-2 条件 in (v) v+ v– isy+ (ma) isy– (ma) ib+ (ma) iout (ma) out (v)
v+ 无 vo 或 v+ 无负载/正输入 9.99 9.14 –15 0 2.4 2.396 –1.653 7.3
vo 47 ω 至 gnd 9.98 8.77 –15 0 1.00 30.22 –6.174 1.373
vo 47 ω 至 gnd 和 1 kω 9.98 2.389 –15 0 0.76 6.828 –2.104 0.284
v+ 47 ω 至 gnd 9.59 8.01 –15 170 5.05 175 –5.0 6.06
v+ 47 ω 至 gnd 和 1 kω 9.94 0.295 –15 6.27 2.69 8.96 –2.69 –1.876
vo 或 v+ 无负载/负输出 –10.02 –10.83 –15 0 2.41 2.308 –1.651 –12.66
vo 47 ω 至 gnd –9.97 –3.226 –15 0 48.6 –4.65 4.885 –2.501
vo 47 ω 至 gnd 和 1 kω –10.02 –10.83 –15 0 14.30 2.284 –1.629 –0.563
图6. v+未上电时ada4077的电流路径（10 v输入和47 ω输出负载）
图7. v+未上电时ada4077的电流路径（10 v输入和47 ω电源负载）
情况3：当输入为负(-10 v)且out负载为47 ω时（参见图8），有48 ma电流流经芯片。由此产生的功耗为48 ma × (–2.5 v + 15 v) = 0.6 w。ada4077-2的θja为158°c/w，因此结温比环境温度高出 94.8°。若有两个通道或负载更重，结温可能高于150°，致使芯片 受损。
不应在输入端增加限流电阻，而应在输出端增加限流电阻。
当v+上电而v–未上电时，会发生同样的现象。通过增加外部电 阻来限制电流，电路鲁棒性可以变得更好。
对于ada4177-2，仅情况3适用。当有很大的负输入，同时输出端有 很重的负载，且v+未上电时，有53 ma电流流经芯片，功耗可能会 增加，结温随之提高（参见图9）。通过在输出端增加一个1 kω电阻， 可以避免这种风险。
在这两款运算放大器中，ada4177-2比ada4077-2更鲁棒。在同时要 求高精度和鲁棒性的应用中，前者是不错的选择。
其他运算放大器在不同上电时序下的表现
在运算放大器内部，二极管、电阻和ovp单元有各种各样的实施方式。 有些运算放大器没有内部ovp单元，有些没有背靠背二极管，有些没 有内部限流电阻。如果一个电源未上电，放大器不同的内部结构会产 生不同的结果。此外，不同的运算放大器设计也会产生不同的结果。
例如，ada4084-2没有内部限流电阻和ovp单元，其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+未上电且有10 v输入 时的结果。ada4084的电流路径与ada4077-2和ada4177-2相似（上 文中的情形3已讨论）。然而，ada4084没有内部电阻或ovp单元来 限制电流，60 ma电流会流入芯片，可能引起损害。
图8. v+未上电时ada4077的电流路径（-10 v输入和47 ω输出负载）
图9. v+未上电时ada4177的电流路径（-10 v输入和47 ω输出负载）
图10. v+未上电时ada4084的电流路径（10 v输入）
表8. ada4177的输出引脚或无电源的电源引脚上有负载
ada4177-2 条件 in (v) v+ v– isy+ (ma) isy– (ma) ib+ (ma) iout (ma) out (v)
v+ 无 vo 或 v+ 浮空和负输入 –10.02 –12.33 –15 0 4.31 4.18 –0.039 –12.32
vo 47 ω 至 gnd –9.97 –3.218 –15 0 51.53 –2.473 2.632 –2.543
vo 47 ω 至 gnd 和 1 kω –10 –10.4 –15 0 9.10 –0.003 0.147 –0.428
表9
ada4084-2 condition v+ v– i+(ma) i– (ma) ib+ (ma) iout (ma) in (v) out (v)
正负电源均上电 15 –15 1.38 1.37 –0.001 –0.0001 10 9.98
v+ 未上电，正输入 8.71 –15 0 60.1 60.102 –51.89 9.56 7.99
在系统应用中，不同的运算放大器、不同的拓扑结构（如同相放大、 反相放大、差动放大等）、不同的负载和外部连接都可能存在。如 果存在有某个电源未上电的情况，需要对风险进行评估。本文介绍 了如何搭建评估风险的电路（图2）、如何分析电流路径以及评估潜 在的风险。
总结
为了避免过压或闩锁情况，必须同时建立运算放大器电源。一般指 南如下：
上电时，先接通电源，再在输入端施加信号
关断时，先关闭输入信号，再关闭电源
在实际应用中，可能难以遵守这些指导原则。这可能会引起问题， 尤其是当有输入信号时，设计人员需要适当评估风险。一种有效的 解决方案是限制运算放大器的输入电流，使它在数据手册给出的 规格以内。在无法同时上电的应用中，输入端和输出端增加限流电 阻会有帮助。
我们在电源未上电的应用中测试了三款adi运算放大器（ada4084-2、 ada4077-2和ada4177-2）。集成内部电阻的ada4077-2表现不错。集 成ovp电路的ada4177的鲁棒性最好。在某个电源在某个时间段可 能未上电且无法增加外部限流电阻的应用中，推荐使用ada4177以 避免精度性能下降。
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