揭开废弃纽扣电池的秘密.doc

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揭开废弃纽扣电池的秘密　　监视便携式设备或配套服务系统中纽扣电池的电压等级，对现代CMOS运算放大器来说是一项常见的简单应用。　　图1是一个使用1.8VOPA333零漂移运算放大器的实施方案。纽扣电池的电压是3V，该电路采用3至5V电压级供电。　　奇怪的是，我听有客户反映，纽扣电池在这类电路中的使用寿命要比预期的短很多；只能用几天或几个小时！这些客户发现在移走运算放大器后，纽扣电池保持带电状态。这引起了我的好奇，于是开始调查到底发生了什么事。　　　　图1—连接OPA333 单位增益放大器，监控纽扣电池电压　　锂电池CR2032是一款常见的纽扣电池，额定容量175mAh，提供200uA连续电流。OPA333的输入偏置电流一般是70pA，几年也不会耗尽纽扣电池的电量。可能有其它什么电路消耗了电池。对OPA333内部原理图进行仔细观察后，发现了一种貌似合理的放电情境。　　图2是放大器内核及其输入ESD保护的方框图。别忘了大部分IC在电路断开处理过程中都具有ESD保护功能。ESD单元在正常工作条件下关闭。　　OPA333的ESD输入保护功能在每个输入端与电源线路之间连接有低漏转向二极管。ESD钳位连接在这些线路之间。这些二极管通常是反向偏置。但是，如果电源电压V+被关闭，变为高阻抗，那么二极管D3会变成正向偏置。然后，放大器内核以及连接V+的任何组件都会从纽扣电池消耗电流。　　OPA333静态电流只有17uA，因此很可能是连接至+V电源线路的其它组件也在消耗电流。　　 　　图2—内部方框图显示了从非反相输入端通过D3到+V电源线路的电流路径　　有些运算放大器有关断引脚。当处于这种模式下时，它们会消耗极少量的电源电流。但是，如果ESD单元使用图2中的设计方案，该二极管仍可传导电流。　　解决方案是采用支持不同ESD单元设计的运算放大器。　　图3是在TLV2450轨至轨输入／输出运算放大器中使用的ESD单元设计。它采用一个类似于齐纳二极管的快速低漏钳位。在ESD事件过程中，它不仅可快速接通，而且还可将所应用的电压限制在安全水平下。没有针对VDD 引脚的内部电流路径。　　　　图3—TLV2450使用内部ESD钳位。在输入端与VDD引脚之间没有内部电流路径。　　对于工程师来说，可能很难确定放大器所使用的ESD单元。但在放大器产品说明书中可以找到提示。在查看绝对最大额定值时，如果信号输入范围是-0.3V至（V+）+0.3V，那么0.3V就是确保ESD二极管保持关断状态的界限。如果较高，二极管可能会导通。　　原文请参见： http://www.deyisupport.com/blog/b/signalchain/archive/2014/04/29/51689.aspx　　德州仪器在线技术支持社区为中国电子工程师解答技术难题，提供技术支持。德仪社区涉及模拟电子技术、单片机、MCU、嵌入式系统、DSP、数字信号处理，是采用TI芯片设计的电子工程师首选的技术交流平台。更多论坛精华，请浏览：http://www.deyisupport.com/