前段時間做項目時遇到了一個超壓問題。可以說，超壓問題也算模擬工程師的一個死對頭了。超壓問題的解決當(dāng)然有很多辦法啦，比如換管子類型、改電路結(jié)構(gòu)等，有很多細(xì)節(jié)上的處理技巧。但這個問題最后的解決辦法是比較有意思的，最后是利用了電流鏡的建立時間來解決了超壓問題。

電流鏡還需要關(guān)注建立速度？是的，有時候還挺重要的，筆者之前做的ADC項目有個使能不斷開關(guān)的省功耗模式，就對電流的建立速度提出了苛刻的要求。建立速度還能影響到耐壓？是的。只能說實際工程領(lǐng)域，一切皆有可能。

那么這具體是怎么一回事呢？我先介紹一下遇到的問題。

該問題出現(xiàn)的電路是一個OP構(gòu)成的信號鏈電路，它主要是實現(xiàn)包括信號放大、ECC（回波消除）、EQ（均衡）、BLW（基線漂移補償）等功能。電源域是2.5V，但OP的對管全部采用1.2V管子來做（至于為什么這么做，說來話長，和今天探討的問題關(guān)系不大，只需知道這種做法還是比較常見的），因此在進行使能切換仿真的時候1.2V管出現(xiàn)了瞬時超壓。這里有必要提一下，低壓管如Vgs瞬態(tài)電壓等超過了1.2V的+20%，且脈沖持續(xù)時間大于20ns即被認(rèn)為有超壓風(fēng)險，當(dāng)然不同公司的要求可能不太一樣。

超壓這件事情呢，有時候是比較煩人的。為了避免超壓，有時候需要改動電路結(jié)構(gòu)，或者更換耐壓更高的器件啥的，最后的電路可能不超壓了，但性能卻也下降了。有些情況這也是沒有辦法的事情，因為超壓屬于可靠性問題，因此往往要硬著頭皮來改電路，所以這也是一個模擬工程師不得不權(quán)衡的地方。一個電路無超壓問題，就需要考慮它所有的可能場景。穩(wěn)態(tài)不超壓只能說是基本要求，此外，比如使能切換場景、上電過程場景都要保證不超壓。上述那個超壓問題就是在使能切換時出現(xiàn)的。

解決超壓問題的第一步當(dāng)然是分析波形，理清因果關(guān)系，然后針對這個“因”來思考解決的辦法。說實話，我個人體會，“分析波形”與“理清因果”的鴻溝就如同“知道”和“做到”之間的鴻溝一樣巨大。分析過程可以清楚看到一個工程師的思考方式、技術(shù)能力以及經(jīng)驗豐富程度。圍繞超壓的那個管子點開了各個波形，經(jīng)過分析，兩個不同的人可能找到的“因”是不一樣的，甚至都有可能完全相悖。這也是模擬電路里挺有意思挺奇妙的地方。我有時候還挺樂于探究別的同事對某個問題的分析思路，尤其是當(dāng)他們點開一個個的波形講解的時候，你就能感受到他們的思考方式。我發(fā)現(xiàn)，有的人擅長基于波形去分析波形，而有的人卻很擅長從電路原理角度去分析波形，聽著是不是一句廢話？但事實和我的經(jīng)驗就是這樣，后者往往更容易從錯綜復(fù)雜的波形中靈光一現(xiàn)地發(fā)現(xiàn)問題所在。我有限的經(jīng)驗帶給我以下兩點認(rèn)識：

當(dāng)你對電路原理理解不夠的時候，解決問題往往是一件特困難的事情;

當(dāng)你對電路原理理解不夠的時候，要做好電路也是一件特困難的事情。

耐壓問題解決的分析過程很難用文字以符合邏輯的方式描述清楚，我也就不考驗我的文字技巧了?？傊?jīng)過分析，我們找到的“因”是這樣的：認(rèn)為是OP的P管的偏置電流比尾部電流源的偏置電流建立快引起的問題。很自然的。我們想到的是，如果讓OP的P管的偏置電流比尾部電流源的偏置電流建立慢下來，那問題是不是解決了。這是個值得嘗試的措施，因為需要的改動很小。

為了直觀一點，我們用下圖來舉例說明。，用IPM代表OP的P管偏置電流，用INM代表OP的N管的偏置電流。正常情況下IPM建立的速度是快于INM的，這是因為當(dāng)IREF給到時，A、B、C三點的偏壓是按指數(shù)規(guī)律依次建立的，因此存在一個先后順序，也就造成了電流的建立有快有慢。如果我們選擇用I2代替INM，則I2的建立速度將快于IPM。經(jīng)過這樣的改動后，結(jié)果也確實是令人振奮的，有效解決了超壓問題。

電流鏡示意圖

審核編輯：黃飛