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總想說點兒讓人拍案叫絕的設計

出處:面包板 發布于:2019-05-09 16:06:22 | 4207 次閱讀

  

  我一直不喜歡那些盲目崇拜老外的人,但有時還不得不對行業內的老外,佩服得五體投地。他們也會出錯,寫出一些亂七八糟的文章害人,但是確實有好多設計,實在精妙,讓人拍案叫絕。
  前些日子看CAN總線,那么多設備掛接在單信息總線上,都想說話,還沒有領導,那不成一鍋粥了嗎?看懂就發現,原來它們給每個接入設備分配了ID號——有大小區分的身份證,靠二進制的01級別展開無限制的競爭,一下就實現了多個設備無領導情況下的單總線競爭占用。看完后,我的感覺是美妙。這些洋鬼子,看來是聰明的,至少不比我笨。
  再看放大器。要檢測一個負載的用電電流,有一種方法是在回路中串聯一個檢測電阻,只要獲得電阻兩端的壓差,就可以計算出流過的電流,這誰都清楚。但是串聯電阻串在哪里?是高側,就是負載的頭頂,還是低側,就是負載的腳底下?于是,我知道原來有兩種檢測方法,分別是High side,Low side。兩種方法各有優缺點:低側檢測的最大好處是串聯電阻兩端幾乎沒有共模電壓,比如一端是0V,另一端是0.1V,壓差是0.1V,這可以直接使用儀表放大器檢出,方便得很。但是它也有缺點,就是負載的腳底不再是0V,而是0.1V了,如果電流在波動,這個0.1也就不穩,就像站在一樓,但地板晃蕩一般,結果是負載很不舒服。你是個檢測儀表,要檢測負載中的電流,但搞得負載很不舒服,就像醫生搞得病人很不舒服一般,這有點不妙。
  于是大量的設計,都采用高側檢測。但高側檢測也有麻煩,比如負載工作電壓為100V,正常工作時,負載的腳底是0V,頭頂是100V,現在你串聯了一個小電阻在負載頭頂,上面有0.1V的壓差,這就使得電阻高端是100V,電阻下端是99.9V(也就是負載的頭頂電位)。從效果看,負載其實是很舒服的,它腳底下很穩,0V,沒錯,它頭頂有點飄,差不多在99.9V附近,我們知道一般的負載對頭頂的電壓波動不太敏感,因此它很舒服。
  但負載舒服了,測量儀表就不舒服了。測量放大電路必須把兩根線上的壓差檢測出來,它們分別是100V和99.9V,共模就有99.95V,這么大的共模電壓,加載到任何一個儀表放大器上,都會立即燒毀放大器。
  怎么辦呢?
  老外就設計了一款差動放大器,比如ADI的AD628,電路如下圖。它用兩套分壓電阻,將100V分壓到10V以內,實際加載到內部運放管腳的電壓只有10V左右了,安全了,但是我們發現,要檢測的差壓0.1V也被衰減了10倍,變為0.01V了,于是他們又在這個減法器的輸出端,增加了一級10倍放大,即保護了內部的運放不被燒毀,又保證壓差0.1V沒有被衰減,且輸出就是我們需要檢測的0.1V。
  妙吧。其實一點兒都不妙,妙的在后面。
  我們都知道先把一個東西縮小,然后再放大,總是讓人心里不踏實,有沒有一個電路能夠實現:第一,抵抗高的共模輸入,第二,對差模量不衰減。
  這時候我開始佩服老外了,他們設計了一款AD629,就是AD628它弟弟,就滿足了這個要求,電路結構如圖。號稱能夠抵抗高達270V左右的共模電壓,且實現了一比一的差壓檢出。他們怎么想出來的?看來他們的牛肉是沒有白吃的。
  德州儀器的INA117與AD629結構一致,里面的電阻也差不多。

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