解析傳感器和放大器間的故障檢測

美國國家半導體（ N S ） 的LMP8358是一款含有內(nèi)置故障檢測電路的儀表放大器。該電路不影響元件性能，且當超過輸入共模電壓范圍時仍可檢測電壓。

LMP8358包括三個部分： 一個儀表放大器、一個允許用戶設(shè)定內(nèi)部寄存器（ 它設(shè)定放大器的狀態(tài)）的控制模塊和一個故障檢測模塊。故障檢測模塊包含一個可注入電流的電流源、一個在外部輸入引腳和內(nèi)部儀表放大器輸入引腳之間的多路復用器和一個可以插入到信號路徑中的50分頻模塊。內(nèi)部寄存器可以控制故障檢測特性，設(shè)置增益和放大器補償，及啟動省電和零校準狀態(tài)。LMP8358內(nèi)部寄存器和外部主機之間利用SPI總線（串行外設(shè)接口總線）進行通信。故障檢測電路的簡化示意圖如圖2所示。

接下來的例子說明了故障檢測電路是如何工作的。

如果圖1中B點斷開，點C和點D的電壓都為V+，這超出了LMP8358的輸入共模電壓范圍，在+5V供電的情況下后者為- 0.1V CMVR 3.6V。

如果LMP8358內(nèi)部寄存器配置為使用多路復用器的第5路（如圖2），那么外部+IN引腳處的輸入電壓就需除以50，從而使輸入回到內(nèi)部儀表放大器的共模電壓范圍內(nèi)。內(nèi)部儀表放大器的負輸入將連到電源負極。儀表放大器增益設(shè)為50，輸出就表示了外部+IN引腳處的電壓。如圖3所示。

圖3 電橋底部開圖

另外一個例子是圖1中的C點開路。儀表放大器輸入的浮動會引起輸出浮動。該故障可通過下列方法檢測：將50分頻模塊插入信號路徑，增益設(shè)為50，然后在輸入引腳處注入電流。如前例，50分頻模塊將保證輸入在儀表放大器的輸入共模電壓范圍之內(nèi)。電流會使輸入拉高到V+，輸出也為V+，圖4示意了這種設(shè)置。

圖4 開路輸入

故障檢測電路還可用來確定系統(tǒng)狀態(tài)。例如，在系統(tǒng)上電的時候就須檢查系統(tǒng)?？梢栽诠碳袑懭氤绦?，它通過運行故障設(shè)置，檢測出可能的故障，然后將LMP8358的輸出與一個表格進行對比，最后指示系統(tǒng)是可用還是存在問題。如果存在問題，該程序同樣會使修復更加容易，因為它可以告知目前出現(xiàn)了什么問題。表2給出了一系列的數(shù)據(jù)，可以用來確定系統(tǒng)是正常工作還是存在問題。

表2. 啟動程序值

第一行標有“ 無故障”，表示LMP8358輸出使用了8種測試設(shè)置，而系統(tǒng)并無故障。前兩項設(shè)置都是正常使用設(shè)置，接下來六個都是故障檢測設(shè)置。注意到該表給出的值都與電橋有大約4mV的偏離。

0000h設(shè)置將其放大了10倍到40mV輸出，而0003h則放大了100倍。第一行余下的值則是六個錯誤測試下的典型值。表中2~14行框中粗體字的值是在特定故障下LMP8358的輸出。例如，如果+IN引腳短路到V+（第7行），當LMP8358寄存器設(shè)為0082h時輸出即為V+。