仪表放大器故障检查工具—“钻石图”

　　在一些情况下，信号在仪表放大器的额定输入电压范围内，但输出似乎饱和。 是什么原因导致了这一现象，是器件坏了吗?

　　2013年2月18号，一架飞机计划从布鲁塞尔飞往苏黎世，在装载货物期间发生了一起惊天钻石大劫案， 劫匪成功掠走价值约3.5亿美元的钻石，整个过程仅持续5分钟左右， 被称为"史上最大钻石抢劫案之一"。 劫匪们乔装成警察(连臂章都跟真的一样)，谋划周密，行动迅速且无比精确，情节恍如现实版的好莱坞电影。 机上的乘客们毫不知情，直到被要求走下飞机才知道有事情发生。 随后为了将劫匪缉拿归案，展开了一场国际大追捕。

　　从事电子设计工作的人需要关注不同的钻石图。 使用仪表放大器时，设计师常常观察到一些奇怪的现象。 有时候可以将问题准确地解释为“输出饱和”，但另一些时候，问题描述可能不那么容易明白： “增益误差非常大”或“放大器线性度误差很大”，甚至是“它不能正常工作”。 我们没有解决客户问题的流程图，但如果有的话，在“确保器件上电”之后必然是“检查钻石图”。

　　本文所说的钻石图常常是在数据手册中提供，显示仪表放大器的输入共模电压与输出电压范围的关系。 如果工作条件在轮廓以内，器件应能正常工作，否则，输出将因为内部节点饱和而无效。

　　对于不熟悉仪表放大器的读者，这些线性器件放大的是其输入端之间的电压差，与输入电压相对于电源电压的大小无关。 输入共模电压(两个输入电压的平均值)会被放大器抑制。

　　不用说，操作会被限制在一定的电压范围内，多数人会认为该范围小于电源电压，因此这一般不是问题。 然而，共模电压进入电路之后，不会轻易消失， 而是要在内部将其从目标信号中减除。 这意味着，放大的信号和共模电压必须在电压轨范围内。 轮廓有特定形状，可以是八边形、六边形或平行四边形;减除共模电压的机制取决于具体电路拓扑结构。 钻石图可能有点用词不当，但指定输入电压、所需输出摆幅、基准电压和电源轨之后，这种轮廓图可为电路设计师提供关于适当工作范围的有用信息。

　　处理低电源电压和单电源应用时，这个问题变得更困难，因为钻石图变得更小，工作范围变得更为受限。AD8226、AD8227、AD8420和AD8422等现代仪表放大器致力于将钻石图扩展到尽可能大。 为了简化低压设计，AD8237的钻石图超过了电源电压，如图1所示。

　　因此，下次利用仪表放大器进行设计时，记住考虑钻石图。 至少，这种钻石图不会招致国际刑警上门追查被盗的钻石!

　　输入共模电压 输出电压

　　图1. 输入共模电压与输出电压的关系

　　参考文献

　　仪表放大器应用工程师指南

　　Seth Cline。近年7大钻石劫案：数百万美元的钻石劫案并非好莱坞的专利 美国新闻。 2013年2月19日

　　Daniel Michaels。钻石劫案嫌犯被抓。法国、瑞士和比利时联手起获钻石和数袋现金。 华尔街日报。 2013年5月8日

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