【導讀】在工業自動化、電力監控等復雜環境中，模擬前端（AFE）的運算放大器時常需要直面一個嚴峻挑戰：輸入電壓瞬態超越其供電電源軌。這種過壓情況，即便持續時間短暫，也極易導致傳統運放內部二極管導通，引發性能劣化甚至永久性損壞。雖然可通過外部分立元件（如二極管、限流電阻）搭建保護電路，但這種方法會引入漏電流、增加噪聲與板面積，并非最優解。本文將深入剖析一種更集成的解決方案——采用Over-The-Top（OTT）技術的放大器（如ADA4098-1/ADA4099-1），闡述其如何憑借獨特內部結構，在不犧牲精度與簡潔性的前提下，提供高達80V的過壓耐受能力。
在工業自動化、電力監控等復雜環境中，模擬前端（AFE）的運算放大器時常需要直面一個嚴峻挑戰：輸入電壓瞬態超越其供電電源軌。這種過壓情況，即便持續時間短暫，也極易導致傳統運放內部二極管導通，引發性能劣化甚至永久性損壞。雖然可通過外部分立元件（如二極管、限流電阻）搭建保護電路，但這種方法會引入漏電流、增加噪聲與板面積，并非最優解。本文將深入剖析一種更集成的解決方案——采用Over-The-Top（OTT）技術的放大器（如ADA4098-1/ADA4099-1），闡述其如何憑借獨特內部結構，在不犧牲精度與簡潔性的前提下，提供高達80V的過壓耐受能力。
OTT技術核心：雙輸入級協同工作
OTT放大器的過人之處在于其精巧的雙輸入級架構。以ADA4098-1為例，其內部包含兩個互補的PNP晶體管輸入級：
主差分輸入級：負責處理從負電源軌（-VS）到略低于正電源軌（約+VS - 1.25V）的正常工作信號。
共基極輸入級（OTT級）：當輸入共模電壓接近或超過+VS時，該級被激活，放大器進入“Over-The-Top”模式。
這種設計確保了無論輸入信號處于正常范圍還是遭遇高壓瞬變，放大器始終有相應的電路進行處理。當輸入電壓遠超+VS時，OTT模式能使放大器輸出飽和至+VS，同時內部電路能安全承受高達80V的差模或70V的共模電壓。一旦過壓消失，放大器能瞬間恢復線性工作，且直流精度不受影響。
圖1. 內部結構的簡化表示（取自ADA4098-1）。
典型應用場景與設計要點
OTT放大器尤其適合易出現過壓場景的信號調理，例如：
高邊電流檢測：在電機驅動或電源管理中，負載突變可能引起檢測電阻兩端電壓瞬間超過運放供電軌。OTT放大器能有效抵御此沖擊。
4mA至20mA電流環接收器：長線傳輸中可能感應高壓浪涌，OTT特性可為接收端提供內在保護。
傳感器接口：靠近動力線的傳感器信號可能串入高壓噪聲。
圖2. 采用ADA4098-1的電流測量示例。
在設計時需注意：
增益設置：通常由外部反饋電阻網絡決定，需選擇適當精度（如1%）以減小輸入偏置電流引起的誤差。
容性負載驅動：若需驅動較大容性負載，可在輸出端串聯小電阻（如50Ω）以增強穩定性。
關斷模式：ADA4098-1提供SHDN引腳，關斷后輸出呈高阻態，但OTT保護功能依然有效。
結論：集成化保護提升系統可靠性
面對工業環境中的過壓風險，Over-The-Top放大器提供了一種高度集成、魯棒性強的保護方案。它通過內部雙輸入級智能切換，省去了復雜的外部保護電路，不僅節省了PCB空間，更避免了引入額外漏電流和噪聲，同時確保了信號鏈的測量精度與長期可靠性。對于追求高穩健性的工業AFE設計而言，ADA4098-1與ADA4099-1等OTT放大器是實現過壓保護的理想選擇。
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