大約30年前,，有人告訴我他有一個(gè)4~20mA的電流源,。他想判斷電流是否超出范圍，或者電線是否已斷掉,！但是沒有人知道該如何檢測(cè)這一點(diǎn),。如果你想接受一項(xiàng)艱巨挑戰(zhàn)的話，只需要告訴我，這是一個(gè)模擬功能,，而且沒人知道該如何來(lái)進(jìn)行檢測(cè),。因此我開始設(shè)想，如何才能判斷4.0mA電流是否下降到了3.70mA或更低呢,？要是我們能夠斷定這一點(diǎn)該多好,，那樣就能夠說(shuō)明這是一個(gè)非法的狀態(tài)。
我決定采用Bob Widlar的新型LM10,，該器件整合了一個(gè)電壓基準(zhǔn)和一個(gè)功率放大器,。當(dāng)然我會(huì)構(gòu)建一個(gè)有效的電路，在電流過(guò)小的時(shí)候檢測(cè)和發(fā)送錯(cuò)誤信息,。后來(lái)我經(jīng)過(guò)繪制電路圖和反復(fù)修改,，構(gòu)建了一個(gè)有用的電路?？蛻粢舱J(rèn)為這個(gè)電路有用,。
由于我們知道，有一本儀器和工業(yè)雜志的讀者經(jīng)常使用“4~20mA”器件,，因此我還將這個(gè)電路作為一種“設(shè)計(jì)思路”向該雜志投了稿,。因此這本雜志發(fā)表了這個(gè)電路。大約三個(gè)月后,，我們收到了一封令人愉快的來(lái)信,，讀者對(duì)這個(gè)小電路展現(xiàn)出了這份雜志從未經(jīng)歷過(guò)的前所未有的興趣。嗯,，我猜是這樣,。
現(xiàn)在，LM10仍在生產(chǎn)和銷售,，不過(guò)價(jià)格卻高達(dá)2.30美元,，比起這樣一種簡(jiǎn)單功能的實(shí)際價(jià)值，這個(gè)價(jià)格顯然有點(diǎn)高,。當(dāng)我們拿到價(jià)格比較便宜（批量單價(jià)為37美分）的LM4041-ADJ時(shí),，我在想，“這個(gè)器件應(yīng)該也能做到這一點(diǎn)”,。 LM4041-ADJ具有一個(gè)小增益級(jí)和一個(gè)1.2V的電壓參考,，因此它可以實(shí)現(xiàn)這些功能（請(qǐng)參見圖）。
圖中的LM4041-ADJ可用來(lái)實(shí)現(xiàn)電流判斷功能,。
主要規(guī)格
4N28的增益相當(dāng)普通（0.1至0.3）,，但是它能夠產(chǎn)生一個(gè)在下降到接近于“地電位”時(shí)能被檢出的小標(biāo)志。LM4041-ADJ可以通過(guò)332Ω電阻檢測(cè)出4.0mA的電流,，然后導(dǎo)通4N28,。如果該電流降至3.7mA以下,，LM4041就會(huì)關(guān)斷光耦。即使是一個(gè)簡(jiǎn)單的電路也可以實(shí)現(xiàn)非常有用的功能,。你沒有必要去找一本30年的雜志,。
如果你想檢查這個(gè)電路開關(guān)和檢測(cè)的實(shí)際電平，你可能要將一個(gè)小三角波測(cè)試儀放在高于和低于3.7mA的已校準(zhǔn)電流中,。如果輸出占空比正好是50%,，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)閾值是正確的。如果想獲得優(yōu)于2%的精度,，可以進(jìn)行微調(diào),。
我曾經(jīng)在Teledyne公司工作過(guò)，如果你懂希臘語(yǔ),，你會(huì)發(fā)現(xiàn)Teledyne的意思是“距離和力”,。 甚至在與高于或低于地電勢(shì)幾百伏的電壓相隔離的情況下，這個(gè)電路也可以產(chǎn)生一個(gè)較小的力,。沒有電的連接,。因此隔離并不會(huì)造成精度低或者費(fèi)用高。
什么時(shí)候需要測(cè)試長(zhǎng)期穩(wěn)定性" title="穩(wěn)定性">穩(wěn)定性,？
幾年以前,，有一個(gè)朋友打電話問我有關(guān)一款新型NSC放大器的問題：“您有關(guān)于這款運(yùn)算放大器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)嗎？”我甚至沒有查看資料就告訴他,，我們確實(shí)沒有這方面的數(shù)據(jù)。這只是一款相當(dāng)新的普通的運(yùn)算放大器,，并沒有想要成為低偏置或低漂移" title="低漂移">低漂移領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先者,。因此，不是我們吹牛,，這種器件沒有任何風(fēng)險(xiǎn),。不過(guò)客戶卻并不滿意。
“為什么你們沒有關(guān)于這方面的完整信息呢,？”我試著解釋道,，我們沒有余力收集每種小產(chǎn)品的這類數(shù)據(jù)，沒有余力收集和分析數(shù)據(jù),，也承受不起為此而延誤產(chǎn)品上市的責(zé)任,。即使我們馬上發(fā)布這些數(shù)據(jù)，然后再更新數(shù)據(jù)手冊(cè),，用戶如果看了最初的數(shù)據(jù)手冊(cè)還是會(huì)問這個(gè)同樣的問題,。
進(jìn)行正確的研究所需要的人力、工程量和技術(shù)人員工作量將非常大,。很少有客戶有如此迫切的要求,，值得我們?nèi)ナ占@樣的數(shù)據(jù),。一般情況下，如果我們采用這種工藝在以前的電路上獲得了比較好的數(shù)據(jù),，那么變化就相當(dāng)小,，例如布線或電流大小的微小變化，或者輸出級(jí)的變化,，這里,，我們假設(shè)新器件將與舊器件非常相似。
現(xiàn)在,，我們進(jìn)行一項(xiàng)小的漂移測(cè)試,，目的只是為了確保不會(huì)出什么問題。例如,，我們將加載三塊電路板,，每塊板有30個(gè)器件，目的是看看電路板是否達(dá)到預(yù)期的性能,。我們將比較高溫工作前后1000小時(shí)的數(shù)據(jù),。我們可以將其中一塊電路板放到烤箱中，然后收集2000小時(shí)的數(shù)據(jù),。但是這種測(cè)試一般都是一個(gè)無(wú)聊的過(guò)場(chǎng),。當(dāng)我們做完所有的操作后，也沒有什么值得夸耀的,。除了“合格”之外,，沒有什么可以寫到報(bào)告中的。
打電話詢問的客人仍然不滿意,。“好的,，那么我會(huì)仔細(xì)查一下，問問你們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手他們的長(zhǎng)期漂移是多少,，”他說(shuō)道,。這樣我就回復(fù)，“請(qǐng)便”,，然后開始告訴他我們的一些競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的電話號(hào)碼,。不過(guò)我后來(lái)停頓了一下，告訴他：“但他們將會(huì)告訴你同樣的故事,。他們也沒有余力對(duì)推出的每一個(gè)良好的電路進(jìn)行精確的壽命測(cè)試,。”
我們?cè)谑裁辞闆r下需要進(jìn)行大量的測(cè)試和數(shù)據(jù)記錄呢？當(dāng)我們采用一種新工藝或者新電路,，并且這種工藝或電路有望提供優(yōu)越的性能時(shí),。新型低漂移運(yùn)算放大器？當(dāng)然,。當(dāng)幾年前國(guó)家半導(dǎo)體推出新型斬波穩(wěn)定放大器時(shí),，我們進(jìn)行了所有類型的壽命測(cè)試,，以確保不會(huì)出現(xiàn)任何不穩(wěn)定的產(chǎn)品。在不存在任何不穩(wěn)定的放大器的情況下,，一個(gè)好放大器的標(biāo)準(zhǔn)又是怎樣的呢,？我們進(jìn)行了大量挑剔的測(cè)試來(lái)分析足夠多的數(shù)據(jù)，從而確定了“0.006μV/月”的典型漂移率（例如LMP2012）,。
一年或者兩年內(nèi)你期望看到的漂移是多少,？根據(jù)我們的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則是“如果時(shí)間為N ×1000小時(shí)，我們預(yù)期的漂移為n = √N,。”這往往會(huì)讓客戶高興,，也會(huì)讓他們沒什么可說(shuō)的了。因?yàn)椋?,、這個(gè)規(guī)則往往是事實(shí),，或者接近事實(shí)；2,、如果客戶想獲得數(shù)據(jù),，這對(duì)于他來(lái)說(shuō)工作量將相當(dāng)大！這樣,，他往往不會(huì)很快就再提出問題,。例如，如果時(shí)間為兩年（即16,，000小時(shí)）的話,，漂移可以用√16 = 4來(lái)估計(jì)。
LM199AH電壓參考
當(dāng)38年前發(fā)布新型LM199AH時(shí),，該器件是采用新工藝設(shè)計(jì)的一個(gè)新電路,，旨在消除引起長(zhǎng)期漂移的所有可能的原因。其輸出容差為±3%,，但每1000小時(shí)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性典型值為0.0020%，即20ppm,。
我們進(jìn)行了大量的初步測(cè)試,，以篩選出不穩(wěn)定的器件，然后放進(jìn)比較電路中,，這樣我們就可以使用一個(gè)出色的六位數(shù)字電壓表（DVM）來(lái)比較多個(gè)電壓參考源（比如溫控標(biāo)準(zhǔn)電池,、溫控帶隙電壓參考和其它多個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的齊納二極管）。
通過(guò)采用多個(gè)電壓參考,，我們可以避免所有被測(cè)器件（DUT）看起來(lái)像在相同的時(shí)間產(chǎn)生漂移的情況,。這種問題是由于所有待測(cè)器件發(fā)生漂移引起的嗎？不,，因?yàn)槠渌妷簠⒖荚谙嗤臅r(shí)間表現(xiàn)出了同樣的衰退,，這意味著問題在于數(shù)字電壓表的電壓參考,。這種影響可以“去掉”，至少可以忽略不計(jì),。
有一天我心血來(lái)潮,，拿出一堆LM199AH，并將它們以四個(gè)為一組焊接在一起,，用小電阻（499Ω）取其輸出的平均值,。該輸出好像噪聲更小，漂移更低,。于是我們?cè)僮鲆淮螠y(cè)試,。很快我找到了四組四個(gè)為一組的LM199AH。
我把八個(gè)LM199的平均輸出與另外八個(gè)LM199的平均輸出進(jìn)行了比較,，結(jié)果確實(shí)很好,！有些測(cè)試顯示有限帶寬（4Hz）下的噪聲不到2μVpp。如果我取16個(gè)LM199的平均輸出,，輸出噪聲可能會(huì)更?。〈蠖鄶?shù)用戶都不需要這么低的噪聲,，但是通過(guò)對(duì)幾個(gè)電路進(jìn)行平均,，就可以使噪聲成平方根下降，直到你用完力氣,、空間和電源為止,。