PH值(酸堿度)和生物電位等特性測量需要高阻抗緩沖放大器。雖然幾家半導(dǎo)體制造商提供具有較低偏置電流和偏移輸入電流的放大器IC,但把傳感器電纜連接到放大器電路可能會遭到ESD(靜電放電)損害。圖1示出了一種并不令人滿意的ESD保護(hù)方法。電阻器R1 限制了ESD事件的放電電流,二極管D1A和D1B把放大器IC1的輸入箝位到它的電源。遺憾的是,在分流PH值傳感器的400MΩ輸入阻抗時(shí),即使是低泄漏二極管(比如Fairchild Semiconductor公司的MMBD-1503A)也會引入很大的偏移電壓。
圖2中的電路提供了一種替代方法。Analog Devices公司的低輸入偏置電流、低偏移電流AD8603放大器IC1充當(dāng)單位增益輸入緩沖器。對于任何正常輸入,電路的輸出電壓VOUT等于它的輸入電壓VIN。因此,ESD保護(hù)二極管D1A或D1B的電壓接近0V,兩支二極管的泄漏電流都不會影響傳感器的輸出信號。根據(jù)施加到電路的輸入連接器的ESD事件的極性,它的高壓尖峰通過二極管D1A或D1B放電進(jìn)入正或負(fù)電源。電容器C1充當(dāng)了中間“電荷儲存庫”,它放慢了ESD尖峰的上升速率,并在二極管 D2A或D2B開始把ESD瞬態(tài)轉(zhuǎn)入正或負(fù)電源之前,保護(hù)IC1的輸出級不被閉鎖。實(shí)際上,C1補(bǔ)償了D1的寄生電容。電阻器R3使IC1能在不進(jìn)入振蕩的情況下,驅(qū)動(dòng)C1帶來的電容性負(fù)載。
在ESD事件期間,D1和D2都能導(dǎo)通,但VIN的電壓只超過電源線路電壓兩個(gè)前向偏置二極管電壓降。電阻器R1和R2把放大器輸入端的電流限制在制造商推薦的5mA最大額定電流以下。
在封裝該電路時(shí),應(yīng)特別注意印制電路板的布局。板的電介質(zhì)特性的缺陷可能會提供寄生泄漏電流路徑。如果在板的兩面添加銅跡線來組成電路的高阻抗節(jié)點(diǎn)周圍的防護(hù)環(huán),就可以使泄漏電流轉(zhuǎn)向(圖3)。