儀表放大器故障檢查工具—“鉆石圖”

　　在一些情況下，信號在儀表放大器的額定輸入電壓范圍內，但輸出似乎飽和。 是什么原因導致了這一現象，是器件壞了嗎?

　　2013年2月18號，一架飛機計劃從布魯塞爾飛往蘇黎世，在裝載貨物期間發生了一起驚天鉆石大劫案， 劫匪成功掠走價值約3.5億美元的鉆石，整個過程僅持續5分鐘左右， 被稱為"史上最大鉆石搶劫案之一"。 劫匪們喬裝成警察(連臂章都跟真的一樣)，謀劃周密，行動迅速且無比精確，情節恍如現實版的好萊塢電影。 機上的乘客們毫不知情，直到被要求走下飛機才知道有事情發生。 隨后為了將劫匪緝拿歸案，展開了一場國際大追捕。

　　從事電子設計工作的人需要關注不同的鉆石圖。 使用儀表放大器時，設計師常常觀察到一些奇怪的現象。 有時候可以將問題準確地解釋為“輸出飽和”，但另一些時候，問題描述可能不那么容易明白： “增益誤差非常大”或“放大器線性度誤差很大”，甚至是“它不能正常工作”。 我們沒有解決客戶問題的流程圖，但如果有的話，在“確保器件上電”之后必然是“檢查鉆石圖”。

　　本文所說的鉆石圖常常是在數據手冊中提供，顯示儀表放大器的輸入共模電壓與輸出電壓范圍的關系。 如果工作條件在輪廓以內，器件應能正常工作，否則，輸出將因為內部節點飽和而無效。

　　對于不熟悉儀表放大器的讀者，這些線性器件放大的是其輸入端之間的電壓差，與輸入電壓相對于電源電壓的大小無關。 輸入共模電壓(兩個輸入電壓的平均值)會被放大器抑制。

　　不用說，操作會被限制在一定的電壓范圍內，多數人會認為該范圍小于電源電壓，因此這一般不是問題。 然而，共模電壓進入電路之后，不會輕易消失， 而是要在內部將其從目標信號中減除。 這意味著，放大的信號和共模電壓必須在電壓軌范圍內。 輪廓有特定形狀，可以是八邊形、六邊形或平行四邊形;減除共模電壓的機制取決于具體電路拓撲結構。 鉆石圖可能有點用詞不當，但指定輸入電壓、所需輸出擺幅、基準電壓和電源軌之后，這種輪廓圖可為電路設計師提供關于適當工作范圍的有用信息。

　　處理低電源電壓和單電源應用時，這個問題變得更困難，因為鉆石圖變得更小，工作范圍變得更為受限。AD8226、AD8227、AD8420和AD8422等現代儀表放大器致力于將鉆石圖擴展到盡可能大。 為了簡化低壓設計，AD8237的鉆石圖超過了電源電壓，如圖1所示。

　　因此，下次利用儀表放大器進行設計時，記住考慮鉆石圖。 至少，這種鉆石圖不會招致國際刑警上門追查被盜的鉆石!

　　輸入共模電壓 輸出電壓

　　圖1. 輸入共模電壓與輸出電壓的關系

　　參考文獻

　　儀表放大器應用工程師指南

　　Seth Cline。近年7大鉆石劫案：數百萬美元的鉆石劫案并非好萊塢的專利 美國新聞。 2013年2月19日

　　Daniel Michaels。鉆石劫案嫌犯被抓。法國、瑞士和比利時聯手起獲鉆石和數袋現金。 華爾街日報。 2013年5月8日

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