那些讓人拍案叫絕的精妙電子設(shè)計(jì) - 全文

　　我一直不喜歡那些盲目崇拜老外的人，但有時(shí)還不得不對(duì)行業(yè)內(nèi)的老外，佩服得五體投地。他們也會(huì)出錯(cuò)，寫(xiě)出一些亂七八糟的文章害人，但是確實(shí)有好多設(shè)計(jì)，實(shí)在精妙，讓人拍案叫絕。

　　前些日子看CAN總線，那么多設(shè)備掛接在單信息總線上，都想說(shuō)話，還沒(méi)有領(lǐng)導(dǎo)，那不成一鍋粥了嗎？看懂就發(fā)現(xiàn)，原來(lái)它們給每個(gè)接入設(shè)備分配了ID號(hào)——有大小區(qū)分的身份證，靠二進(jìn)制的01級(jí)別展開(kāi)無(wú)限制的競(jìng)爭(zhēng)，一下就實(shí)現(xiàn)了多個(gè)設(shè)備無(wú)領(lǐng)導(dǎo)情況下的單總線競(jìng)爭(zhēng)占用。看完后，我的感覺(jué)是美妙。這些洋鬼子，看來(lái)是聰明的，至少不比我笨。

　　再看放大器。要檢測(cè)一個(gè)負(fù)載的用電電流，有一種方法是在回路中串聯(lián)一個(gè)檢測(cè)電阻，只要獲得電阻兩端的壓差，就可以計(jì)算出流過(guò)的電流，這誰(shuí)都清楚。但是串聯(lián)電阻串在哪里？是高側(cè)，就是負(fù)載的頭頂，還是低側(cè)，就是負(fù)載的腳底下？于是，我知道原來(lái)有兩種檢測(cè)方法，分別是High side，Low side。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：低側(cè)檢測(cè)的最大好處是串聯(lián)電阻兩端幾乎沒(méi)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(diǎn)，就是負(fù)載的腳底不再是0V，而是0.1V了，如果電流在波動(dòng)，這個(gè)0.1也就不穩(wěn)，就像站在一樓，但地板晃蕩一般，結(jié)果是負(fù)載很不舒服。你是個(gè)檢測(cè)儀表，要檢測(cè)負(fù)載中的電流，但搞得負(fù)載很不舒服，就像醫(yī)生搞得病人很不舒服一般，這有點(diǎn)不妙。

　　于是大量的設(shè)計(jì)，都采用高側(cè)檢測(cè)。但高側(cè)檢測(cè)也有麻煩，比如負(fù)載工作電壓為100V，正常工作時(shí)，負(fù)載的腳底是0V，頭頂是100V，現(xiàn)在你串聯(lián)了一個(gè)小電阻在負(fù)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(fù)載的頭頂電位）。從效果看，負(fù)載其實(shí)是很舒服的，它腳底下很穩(wěn)，0V，沒(méi)錯(cuò)，它頭頂有點(diǎn)飄，差不多在99.9V附近，我們知道一般的負(fù)載對(duì)頭頂?shù)碾妷翰▌?dòng)不太敏感，因此它很舒服。

　　但負(fù)載舒服了，測(cè)量?jī)x表就不舒服了。測(cè)量放大電路必須把兩根線上的壓差檢測(cè)出來(lái)，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(gè)儀表放大器上，都會(huì)立即燒毀放大器。

　　怎么辦呢？

　　老外就設(shè)計(jì)了一款差動(dòng)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(nèi)，實(shí)際加載到內(nèi)部運(yùn)放管腳的電壓只有10V左右了，安全了，但是我們發(fā)現(xiàn)，要檢測(cè)的差壓0.1V也被衰減了10倍，變?yōu)?.01V了，于是他們又在這個(gè)減法器的輸出端，增加了一級(jí)10倍放大，即保護(hù)了內(nèi)部的運(yùn)放不被燒毀，又保證壓差0.1V沒(méi)有被衰減，且輸出就是我們需要檢測(cè)的0.1V。

　　妙吧。其實(shí)一點(diǎn)兒都不妙，妙的在后面。

　　我們都知道先把一個(gè)東西縮小，然后再放大，總是讓人心里不踏實(shí)，有沒(méi)有一個(gè)電路能夠?qū)崿F(xiàn)：第一，抵抗高的共模輸入，第二，對(duì)差模量不衰減。

　　這時(shí)候我開(kāi)始佩服老外了，他們?cè)O(shè)計(jì)了一款A(yù)D629，就是AD628它弟弟，就滿足了這個(gè)要求，電路結(jié)構(gòu)如圖。號(hào)稱能夠抵抗高達(dá)270V左右的共模電壓，且實(shí)現(xiàn)了一比一的差壓檢出。他們?cè)趺聪氤鰜?lái)的？看來(lái)他們的牛肉是沒(méi)有白吃的。

　　德州儀器的INA117與AD629結(jié)構(gòu)一致，里面的電阻也差不多。