儀表放大器故障檢測(cè)電路及故障檢測(cè)方法

　　這些故障可以在儀表放大器輸入端使用分立電路來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。單獨(dú)使用儀表放大器則不能檢測(cè)出這些故障，因?yàn)檎Ｊ褂脮r(shí)儀表放大器是用來(lái)測(cè)量差分輸入電壓的，而不是每個(gè)引腳處的電壓。當(dāng)使用分立電路時(shí)，需要注意幾點(diǎn)。首先，增加分立電路會(huì)增加寄生泄漏和電容。它們會(huì)影響儀表放大器的性能。其次，檢測(cè)方法需要與故障電路進(jìn)行通信，并在需要時(shí)將其移出或移入系統(tǒng)。第三，如果儀表放大器用來(lái)檢測(cè)故障且故障共模超過(guò)了儀表放大器的輸入共模電壓范圍，讀數(shù)將不再準(zhǔn)確。此時(shí)需將輸入拉回到儀表放大器的輸入共模電壓范圍內(nèi)。

　　美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體( N S ) 的LMP8358是一款含有內(nèi)置故障檢測(cè)電路的儀表放大器。該電路不影響元件性能，且當(dāng)超過(guò)輸入共模電壓范圍時(shí)仍可檢測(cè)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(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(gè)故障檢測(cè)模塊。故障檢測(cè)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(nèi)部?jī)x表放大器輸入引腳之間的多路復(fù)用器和一個(gè)可以插入到信號(hào)路徑中的50分頻模塊。內(nèi)部寄存器可以控制故障檢測(cè)特性，設(shè)置增益和放大器補(bǔ)償，及啟動(dòng)省電和零校準(zhǔn)狀態(tài)。LMP8358內(nèi)部寄存器和外部主機(jī)之間利用SPI總線(xiàn)(串行外設(shè)接口總線(xiàn))進(jìn)行通信。故障檢測(cè)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(cè)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(nèi)部寄存器配置為使用多路復(fù)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?jī)x表放大器的共模電壓范圍內(nèi)。內(nèi)部?jī)x表放大器的負(fù)輸入將連到電源負(fù)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(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(cè)：將50分頻模塊插入信號(hào)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(huì)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(kāi)路輸入

　　故障檢測(cè)電路還可用來(lái)確定系統(tǒng)狀態(tài)。例如，在系統(tǒng)上電的時(shí)候就須檢查系統(tǒng)?？梢栽诠碳袑?xiě)入程序，它通過(guò)運(yùn)行故障設(shè)置，檢測(cè)出可能的故障，然后將LMP8358的輸出與一個(gè)表格進(jìn)行對(duì)比，最后指示系統(tǒng)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(fù)更加容易，因?yàn)樗梢愿嬷壳俺霈F(xiàn)了什么問(wèn)題。表2給出了一系列的數(shù)據(jù)，可以用來(lái)確定系統(tǒng)是正常工作還是存在問(wèn)題。

　　表2. 啟動(dòng)程序值

　　第一行標(biāo)有“ 無(wú)故障”，表示LMP8358輸出使用了8種測(cè)試設(shè)置，而系統(tǒng)并無(wú)故障。前兩項(xiàng)設(shè)置都是正常使用設(shè)置，接下來(lái)六個(gè)都是故障檢測(cè)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(gè)錯(cuò)誤測(cè)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(dāng)LMP8358寄存器設(shè)為0082h時(shí)輸出即為V+。

　　啟動(dòng)時(shí)， 程序會(huì)運(yùn)行這8 項(xiàng)測(cè)試。如果輸出值接近于第一行所列的值，那就證明沒(méi)有故障。如果2~14行中粗體字表示的值出現(xiàn)在輸出端，就說(shuō)明出現(xiàn)故障了。終端用戶(hù)也可以通過(guò)自我測(cè)試選項(xiàng)來(lái)完成該項(xiàng)測(cè)試。

　　LMP8358的片上故障檢測(cè)特性簡(jiǎn)化了產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的FMEA(故障模式和影響)分析。故障檢測(cè)也使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠?yàn)榻K端用戶(hù)提供更多價(jià)值。終端用戶(hù)可確保他們的設(shè)備系統(tǒng)在運(yùn)行中不會(huì)發(fā)生故障，如果確實(shí)發(fā)生了故障，維修技術(shù)人員可獲得重要信息以幫助排除故障，這將大大縮短設(shè)備維修的時(shí)間。