让人叫绝的电子设计

红灯记

我一直不喜欢那些盲目崇拜老外的人，但有时还不得不对行业内的老外，佩服得五体投地。他们也会出错，写出一些乱七八糟的文章害人，但是确实有好多设计，实在精妙，让人拍案叫绝。






前些日子看CAN总线，那么多设备挂接在单信息总线上，都想说话，还没有领导，那不成一锅粥了吗？看懂就发现，原来它们给每个接入设备分配了ID号——有大小区分的身份证，靠二进制的01级别展开无限制的竞争，一下就实现了多个设备无领导情况下的单总线竞争占用。看完后，我的感觉是美妙。这些洋鬼子，看来是聪明的，至少不比我笨。


再看放大器。要检测一个负载的用电电流，有一种方法是在回路中串联一个检测电阻，只要获得电阻两端的压差，就可以计算出流过的电流，这谁都清楚。但是串联电阻串在哪里？是高侧，就是负载的头顶，还是低侧，就是负载的脚底下？于是，我知道原来有两种检测方法，分别是High side，Low side。两种方法各有优缺点：低侧检测的最大好处是串联电阻两端几乎没有共模电压，比如一端是0V，另一端是0.1V，压差是0.1V，这可以直接使用仪表放大器检出，方便得很。但是它也有缺点，就是负载的脚底不再是0V，而是0.1V了，如果电流在波动，这个0.1也就不稳，就像站在一楼，但地板晃荡一般，结果是负载很不舒服。你是个检测仪表，要检测负载中的电流，但搞得负载很不舒服，就像医生搞得病人很不舒服一般，这有点不妙。

于是大量的设计，都采用高侧检测。但高侧检测也有麻烦，比如负载工作电压为100V，正常工作时，负载的脚底是0V，头顶是100V，现在你串联了一个小电阻在负载头顶，上面有0.1V的压差，这就使得电阻高端是100V，电阻下端是99.9V（也就是负载的头顶电位）。从效果看，负载其实是很舒服的，它脚底下很稳，0V，没错，它头顶有点飘，差不多在99.9V附近，我们知道一般的负载对头顶的电压波动不太敏感，因此它很舒服。

但负载舒服了，测量仪表就不舒服了。测量放大电路必须把两根线上的压差检测出来，它们分别是100V和99.9V，共模就有99.95V，这么大的共模电压，加载到任何一个仪表放大器上，都会立即烧毁放大器。

怎么办呢？

老外就设计了一款差动放大器，比如ADI的AD628，电路如下图。它用两套分压电阻，将100V分压到10V以内，实际加载到内部运放管脚的电压只有10V左右了，安全了，但是我们发现，要检测的差压0.1V也被衰减了10倍，变为0.01V了，于是他们又在这个减法器的输出端，增加了一级10倍放大，即保护了内部的运放不被烧毁，又保证压差0.1V没有被衰减，且输出就是我们需要检测的0.1V。

妙吧。其实一点儿都不妙，妙的在后面。

我们都知道先把一个东西缩小，然后再放大，总是让人心里不踏实，有没有一个电路能够实现：第一，抵抗高的共模输入，第二，对差模量不衰减。

这时候我开始佩服老外了，他们设计了一款AD629，就是AD628它弟弟，就满足了这个要求，电路结构如图。号称能够抵抗高达270V左右的共模电压，且实现了一比一的差压检出。他们怎么想出来的？看来他们的牛肉是没有白吃的。

德州仪器的INA117与AD629结构一致，里面的电阻也差不多。


本文作者：电子工程专辑资深博主“西安交大杨教授"



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