运算放大器的输入过压保护电路，涉及集成电路技术领域，提供在运算放大器输入过压情况下限制过压电流并使其饱和从而保护运算放大器的电路结构。该电路结构能从而防止输入过压时产生的过大的过压电流对运算放大器造成伤害。保护电路包括输入端口和被保护运算放大器的输入端口之间的第一P沟道JFET管、第二P沟道JFET管、第三P沟道JFET管和被保护运算放大器的输入端口与电源之间的第一钳位二极管、第二钳位二极管。该电路结构简单，能够以较同类型结构更小的面积成本实现过压保护功能，并且可以直接集成在片内。该电路结构利用输入过压时P沟道JFET管夹断使得过压电流饱和，且在正负过压情况下的饱和过压电流大小一致，降低了片内金属布线宽度的要求。内金属布线宽度的要求。内金属布线宽度的要求。
【技术实现步骤摘要】
一种运算放大器的输入过压保护电路
[0001]本专利技术涉及集成电路领域，具体涉及到一种运算放大器的输入过压保护电路。
技术介绍
[0002]在运算放大器的使用过程中，难免会遇到误操作、环境影响等原因引起的输入电压激增的情况。通常而言，当输入电压超过了规定电压或者电源电压后，为了限制运算放大器实际输入节点电位而加入的钳位二极管很容易产生巨大的过压电流。过压电流可能会降低运算放大器的性能，甚至损害、破坏运算放大器。因此，从可靠性的角度来讲，运算放大器的输入过压保护是必要的。
[0003]传统的运算放大器过压保护电路通过在输入端加入一个限流电阻来降低过压电流。然而电阻对过压电流的降低作用十分有限，且只要过压增大，过压电流也会随之增加。除了传统的运算放大器过压保护电路之外，其他的过压保护电路通常存在结构过于复杂、正负过压电流大小不一致、过压电流大小不受限制等问题，增加了设计难度。因此，本专利技术提出了一种结构简单、面积成本相较于同类结构更小，能够限制过压电流大小且正负过压电流大小一致的运算放大器的输入过压保护电路，使得金属线布局也能保持对称而不用考虑拓宽。
技术实现思路
[0004]本专利技术采用的技术方案，是利用结型场效应晶体管沟道夹断时电流饱和的特性，控制过压电流饱和，进而起到保护作用。专利技术包括第一P沟道JFET管(J1)、第二P沟道JFET管(J2)、第三P沟道JFET管(J3)、第一钳位二极管(D1)、第二钳位二极管(D2)。
[0005]第一P沟道JFET管(J1)的漏极接输入端口，第一P沟道JFET管(J1)的漏极同时与第二P沟道JFET管(J2)的源极相连，第一P沟道JFET管(J1)的源极接被保护运算放大器的输入端口，第一P沟道JFET管(J1)的源极同时与第三P沟道JFET管(J3)的漏极相连，第二P沟道JFET管(J2)的漏极与第三P沟道JFET管(J3)的源极相连，第一P沟道JFET管(J1)的栅极与第二P沟道JFET管(J2)的栅极以及第三P沟道JFET管(J3)的栅极相连，第一钳位二极管(D1)的阳极接被保护运算放大器的输入端口，第一钳位二极管(D1)的阴极接正电源(VCC)，第二钳位二极管(D2)的阴极接被保护运算放大器的输入端口，第二钳位二极管(D2)的阳极接负电源(VSS)。
附图说明
[0006]图1为本专利技术提出的运算放大器的输入过压保护电路
[0007]图2为正向过压时电流运算放大器的输入过压保护电路的电流示意图
[0008]图3为负向过压时电流运算放大器的输入过压保护电路的电流示意图
[0009]图4为J1漏极电流大小随输入端口电压变化图
[0010]图5为J2源极电流大小随输入端口电压变化图
[0011]图6为J3源极电流大小随输入端口电压变化图
[0012]图7为整个结构过压电流大小IOVP随输入端口电压的变化图
具体实施方案
[0013]为使本专利技术的上述特征和优点更加清晰，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。
[0014]图1示出了本专利技术提出的运算放大器的输入过压保护电路，其中VIN为运算放大器AMP的输入过压保护电路的输入端口IN的电压，VOUT为被保护运算放大器AMP的输入端口IO的电压。整个电路包括三个P沟道JFET以及两个钳位二极管，其中三个P沟道JFET的沟道夹断电压都等于V
T
。
[0015]在输入端口电压处于AMP正常输入范围内时，VIN直接通过J1的漏源极传输到AMP的输入端口IO。为了减少过压保护电路所带来的噪声影响，J1具有极高的宽长比，使得J1导通电阻非常低，VIN几乎可以无损传输到VOUT。J2和J3的宽长比相等且极小，因此J2以及J3的导通电阻极大。
[0016]当输入端口电压高于正电源电压值与D1正向导通电压值之和时，为正向过压情况，保护机制启动。其中，正向过压保护机制启动的临界VIN值VP为
[0017]VP＝V
ON1
+VCC
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(1)
[0018]式中：V
ON1
是D1的正向导通电压。
[0019]当VIN高于该临界值后，D1导通，整个输入过压保护电路形成电流通路。图3示出了输入过压保护电路在正向过压下，过压电流的路径与组成部分。整个过压电流有两条路径，也即两个组成部分。其中I1表示正向过压下过压电流的正向第一电流组成部分，从IN开始，经过J1的漏源极，再经过D1到正电源。其中I2表示正向过压下过压电流的正向第二电流组成部分，从IN开始，经过的J2源漏极和J3的源漏极，再经过D1到正电源。
[0020]在正向过压状态，由于三个P沟道JFET的栅极相连，且没有其他支路，故栅极不可能产生电流通路。因此，栅极电压会始终跟随VIN、VOUT两者中的较大者，也即
[0021]VG＝max{VIN,VOUT}＝VIN
ꢀꢀꢀ
(2)
[0022]正向过压时VOUT在钳位二极管的作用下，电压固定在
[0023]VOUT＝V
ON1
+VCC
ꢀꢀꢀ
(3)
[0024]当栅极电压足够大之后，栅极电压与VOUT压差过大，将造成J1以及J3沟道夹断，进而使得整个过压电流达到饱和。此时J1的电流也即正向第一电流组成部分的大小为
[0025][0026]而J3夹断之后也会限制J2的电流，故正向第二电流组成部分的大小为
[0027][0028]由于J1的极大宽长比与J3的极小宽长比，V
GS1
与V
GD3
正向第一电流组成部分的大小远大于正向第二电流组成部分的大小，图4以及图6分别示出了两者随输入端口电压变化的曲线。
[0029]当输入端口电压低于正电源电压值与D2正向导通电压值之差时，为负向过压情况，保护机制启动。其中，负向过压保护机制启动的临界VIN值VN为
[0030]VN＝VSS
‑
V
ON2
ꢀꢀꢀ
(6)
[0031]式中：V
ON2
是D2的正向导通电压，与V
ON1
大小相等。
[0032]当VI低于该临界值后，D2导通，整个输入过压保护电路形成电流通路。图3示出了输入过压保护电路在正向过压下，过压电流的路径与组成部分。整个过压电流有两条路径，也即两个组成部分。其中I3表示负向过压下过压电流的负向第一电流组成部分，从负电源开始，经过D2，再经过J1的源漏极到IN。其中I4表示负向过压下过压电流的负向第二电流组成部分，从负电源开始，经过D2，再经过的J3漏源极和J2的漏源极到IN。
[0033]在负向过压状态，三个P沟道JFET的栅极也不可能产生电流。栅极电压依然跟随VIN、VOUT两者中的较大者，也即
[0034]VG＝max{VIN,VOUT}＝VOUT
ꢀꢀꢀ
(7)
[本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.采用结型场效应晶体管和钳位二极管构成的运算放大器输入过压保护电路，包括第一P沟道JFET管(J1)、第二P沟道JFET管(J2)、第三P沟道JFET管(J3)、第一钳位二极管(D1)、第二钳位二极管(D2)。第一P沟道JFET管(J1)的漏极接输入端口，第一P沟道JFET管(J1)的漏极同时与第二P沟道JFET管(J2)的源极相连，第一P沟道JFET管(J1)的源极接被保护运算放大器的输入端口，第一P沟道JFET管(J1)的源极同时与第三P沟道JFET管(J3)的漏极相连相连，第二P沟道JFET管(J2)的漏极与第三P沟道JFET管(J3)的源极相连，第一P沟道JFET管(J1)的栅极与第二P沟道JFET管(J2)的栅极以及第三P沟道JFET管(J3)的栅极同时相连，第一钳位二极管(D1)的阳极接被保护运算放大器的输入端口，第一钳位二极管(D1)的阴极接正电源(VCC)，第二钳位二极管(D2)的阴极接被保护运算放大器的输入端口，第二钳位二极管(D2)的阳极接负电源(VSS)。2.根据权利要求1所述的运算放大器输入过压保护电路，其中，所述第一P沟道JFET管(J1)具有第一宽长比，其中所述第二P沟道JFET管(J2)、第三P沟道JFET管(J3)具有第二宽长比，其中，第一宽长比远...
【专利技术属性】
技术研发人员：王靖，熊凌霄，胡程源，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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