解析傳感器和放大器間的故障檢測

美國國家半導(dǎo)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(dāng)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(fù)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(zhǔn)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(jìn)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(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)部儀表放大器的共模電壓范圍內(nèi)。內(nèi)部儀表放大器的負(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)。可以在固件中寫入程序，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(jìn)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(fù)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(biāo)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(dāng)LMP8358寄存器設(shè)為0082h時輸出即為V+。