解析傳感器和放大器間的故障檢測

摘要：即使正常狀態(tài)下，傳感器和放大器間也可能出現(xiàn)故障，該故障可能是由錯誤應用、所處的使用環(huán)境、低品質(zhì)的組件或其他原因引起的。本文將介紹經(jīng)常發(fā)生的故障類型，并舉例說明這些故障是如何導致錯誤的測量結果。分立式方案可以檢測這些故障，但會影響系統(tǒng)的性能。本文將給出儀表放大器的故障檢測電路以及各故障的檢測方法，另外還會提到一種檢測故障的自我測試程序。文中最后還將討論采用分立式方案檢測故障時對系統(tǒng)性能的影響。

LMP8358的片上故障檢測特性簡化了產(chǎn)品設計過程中的FMEA（故障模式和影響）分析。故障檢測也使系統(tǒng)設計者能夠為終端用戶提供更多價值。終端用戶可確保他們的設備系統(tǒng)在運行中不會發(fā)生故障，如果確實發(fā)生了故障，維修技術人員可獲得重要信息以幫助排除故障，這將大大縮短設備維修的時間。

使用儀表放大器的傳感器可能在傳感器與放大器之間發(fā)生一系列故障。這些故障可能發(fā)生在4個點上，如圖1所示的A、B、C、D。A點可能發(fā)生的故障是電源和電橋之間開路或者連接狀況惡化使電橋和電源之間產(chǎn)生電阻。同樣的故障也會發(fā)生在電橋和接地之間的B點上。C點和D點則可能發(fā)生如下故障：即電橋和放大器之間開路，連接狀況惡化使電橋和放大器之間產(chǎn)生電阻，對電源短路或對地短路，另外一種可能則是C點和D點之間短路。

圖1 潛在故障區(qū)域

這些故障都影響系統(tǒng)的性能。

例如，正常使用時，如果電橋沒有應變，放大器的輸入則應為V+/2。如果輸入在C點和D點短路，放大器的輸入仍是V+/2。但是當電橋應變時，放大器輸入端將不再出現(xiàn)電壓差，每路輸入電壓都將保持在V+/2。該故障可用如下方法檢測：在C點注入小電流，之后測量壓降。如果沒有短路，放大器會測出電橋內(nèi)電阻上的壓降；如果在C點和D點短路，壓降就會非常小。

上面所列的每種故障都可用下列三種方法之一進行檢測：

1. 測量儀表放大器輸入引腳處的電壓（不是儀表放大器輸入處的差分電壓）；2. 注入電流，之后在儀表放大器輸入引腳處測量電壓；3. 注入電流，之后在儀表放大器輸入引腳處測量差分電壓。

表1給出了每種故障及其相應的檢測方法。例如，如果B點的連接開路了，儀表放大器的兩個輸入端電壓都會被拉到V+。通過測量儀表放大器的一個輸入，只要該輸入的共模電壓不是預期的V+/2，就說明確實發(fā)生開路了。

表1 故障列表

圖2 故障電路框圖

這些故障可以在儀表放大器輸入端使用分立電路來進行檢測。單獨使用儀表放大器則不能檢測出這些故障，因為正常使用時儀表放大器是用來測量差分輸入電壓的，而不是每個引腳處的電壓。當使用分立電路時，需要注意幾點。首先，增加分立電路會增加寄生泄漏和電容。它們會影響儀表放大器的性能。其次，檢測方法需要與故障電路進行