具有输入过压保护的高端电流检测

电路功能与优势
发生瞬变后，或者连接、断开或关断监控电路时，高端电流监控器可能遇到过压情况。图1所示电路使用具有过压保护功能、作为差动放大器连接的 ADA4096-2运算放大器来监控高端电流。 ADA4096-2具有输入过压保护功能，对于高于32 V及低于供电轨的电压，不会发生反相或闩锁。

图1. 具有输入过压保护的高端电流检测（原理示意图：未显示所有连接和去耦）

该电路采用可调低压差500 mA线性稳压器 ADP3336供电，如果需要，后者还可用于为系统其他器件供电。设置为5 V输出时，输入电压范围为5.2 V至12 V。为了省电，可通过将 ADP3336 SD 引脚置位低电平来关断电流检测电路，而电源（例如太阳能电池板）仍可工作。这将对未供电的 ADA4096-2的输入端施加电压，但在最高可达32 V的输入电压下不会发生闩锁或损坏。如果需要较低吞吐速率， AD7920 也可在样本间关断。 AD7920在关断时的最大功耗为5 µW，上电时为15 mW。在工作条件下， ADA4096-2仅需120 µA。工作电压为5 V时，功耗仅为0.6 mW。在关断模式下，ADP3336仅消耗1 µA。

图2. ADA4096-2原理示意图

电路描述
该电路是经典的高端电流检测电路拓扑结构，采用单个检测电阻。其他四个电阻（双通道1 kΩ/20 kΩ分压器）处于薄膜网络内（以实现比率匹配），用于设置差动放大器增益。这将放大检测电阻上产生的两个电压间的差异，并抑制共模电压：
VOUT = (VA – VB) (20 kΩ/1 kΩ)
图2显示了 ADA4096-2的原理示意图。输入级包含两个并行的差分对（Q1至Q4和Q5至Q8）。随着输入共模电压接近VCC- 1.5 V，Q1至Q4在I1到达最低顺从电压时关断。相反，随着输入共模电压接近VEE+ 1.5 V，Q5至Q8在I2到达最低顺从电压时关断。此拓扑结构可实现最大输入动态范围，因为放大器在供电轨外的200 mV下（室温）仍可处理输入。
与任何轨到轨输入放大器一样，两个输入对之间的VOS失配决定放大器的CMRR。如果输入共模电压范围保持在各供电轨1.5 V以内，输入对之间的跃迁便可避免，从而将CMRR改进约10 dB。
ADA4096-2输入可保护器件不受最高超出各供电轨32 V的输入电压偏移的影响。此特性对存在电源时序控制问题的应用特别重要，该问题可导致信号源在施加放大器电源之前活动。
图3显示通过低RDSON内部串联FET（绿色曲线）提供 ADA4096-2的输入电流限制能力，并与使用5 kΩ外部串联电阻和无保护的运算放大器（红色曲线）相比较。

图3. 输入电流限制能力