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(guò)輸入共模電壓范圍時(shí)仍可檢測電壓。

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

接下來(lái)的例子說(shuō)明了故障檢測電路是如何工作的。

如果圖1中B點(diǎn)斷開(kāi)，點(diǎn)C和點(diǎn)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，從而使輸入回到內部?jì)x表放大器的共模電壓范圍內。內部?jì)x表放大器的負輸入將連到電源負極。儀表放大器增益設為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(kāi)圖

另外一個(gè)例子是圖1中的C點(diǎn)開(kāi)路。儀表放大器輸入的浮動(dòng)會(huì )引起輸出浮動(dòng)。該故障可通過(guò)下列方法檢測：將50分頻模塊插入信號路徑，增益設為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。電流會(huì )使輸入拉高到V+，輸出也為V+，圖4示意了這種設置。

圖4 開(kāi)路輸入

故障檢測電路還可用來(lái)確定系統狀態(tài)。例如，在系統上電的時(shí)候就須檢查系統?？梢栽诠碳袑?xiě)入程序，它通過(guò)運行故障設置，檢測出可能的故障，然后將LMP8358的輸出與一個(gè)表格進(jìn)行對比，最后指示系統是可用還是存在問(wèn)題。如果存在問(wèn)題，該程序同樣會(huì )使修復更加容易，因為它可以告知目前出現了什么問(wèn)題。表2給出了一系列的數據，可以用來(lái)確定系統是正常工作還是存在問(wèn)題。

表2. 啟動(dòng)程序值

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

0000h設置將其放大了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(gè)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寄存器設為0082h時(shí)輸出即為V+。