電路描述 - 靈活、高精度、低漂移的PLC/DCS模擬輸出模塊電路圖

　　電路描述

　　AD5751是一款單通道、低成本、精密電壓/電流輸出驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)用于滿足工業(yè)過程控制應(yīng)用的需要。AD5751的工作電壓范圍是10.8 V至55 V，電壓輸出可以高達(dá)44 V。電壓輸出范圍可以編程為PLC和DCS應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)輸出范圍及20%超范圍設(shè)置：0 V至5 V、0 V至10 V、0 V至6 V、0 V至12 V。此外還提供兩種高壓輸出范圍：0 V至40 V和0 V至44 V。

　　電流輸出通過單獨(dú)的引腳提供，可以編程為以下標(biāo)準(zhǔn)范圍：4 mA至20 mA、0 mA至20 mA、0 mA至24 mA。此外還有2%超范圍設(shè)置，提供3.92 mA至20.4 mA、0 mA至20.4 mA和0 mA至24.5 mA。如果需要，可以將電壓和電流輸出引腳連在一起，以便將終端系統(tǒng)配置為單通道輸出。

　　AD5662是一款單通道、低成本、低功耗、軌到軌電壓緩沖輸出 nanoDAC 器件。在0.75 V至VDD電源電壓的寬基準(zhǔn)電壓范圍內(nèi)，AD5662保證±1 LSB的DNL。在圖1所示電路中，AD5751和AD5662采用ADR444提供的4.096 V公共基準(zhǔn)源工作。整個(gè)系統(tǒng)都能受益于ADR444的超低噪聲和低溫漂特性。ADR44x系列基準(zhǔn)源可以流出和流入電流，因此非常適合驅(qū)動(dòng)基準(zhǔn)電壓或電源輸入。AD5662還內(nèi)置一個(gè)上電復(fù)位電路，確保DAC輸出上電至中間電平或0 V并保持該電平，直到執(zhí)行一次有效的寫操作為止。

　　ADuM1301是一款三通道數(shù)字隔離器。ADuM5401是一款四通道數(shù)字隔離器，集成isoPower?隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器。它們均基于 iCoupler? 技術(shù)，用來在信號(hào)鏈與系統(tǒng)微控制器之間實(shí)現(xiàn)隔離，隔離額定值為2.5 kV rms。ADuM5401為副邊的所有電路提供5 V隔離電源。

　　數(shù)字電源與模擬電源應(yīng)分離，通過鐵氧體磁珠連接。各電源引腳通過并聯(lián)的10 μF電容和0.1 nF陶瓷電容進(jìn)行去耦。更多信息請(qǐng)參見CN0204設(shè)計(jì)支持包 中的原理圖。

　　用于PLC和DCS應(yīng)用的器件所需的ESD保護(hù)和過壓保護(hù)一般遠(yuǎn)高于形式上的推薦要求。AD5751的各引腳內(nèi)置ESD保護(hù)二極管，可以防止瞬變損害器件。但是，工業(yè)控制環(huán)境可能會(huì)使I/O電路遭受高得多的瞬變。EVAL-CN0204-SDPZ電路板內(nèi)置外部64 V/1500 W瞬變電壓抑制器（TVS）、50 mA/30 V自恢復(fù)保險(xiǎn)絲（PolySwitch）和肖特基功率二極管，以提供更高電壓的ESD保護(hù)、50 mA過流保護(hù)和64 V過壓保護(hù)。圖1的原理示意圖未顯示可選的外部保護(hù)電路，但可以在CN0204設(shè)計(jì)支持包的詳細(xì)原理圖（EVAL-CN0204-SDPZ-SCH pdf文件）中找到： www.analog.com/CN0204-DesignSupport

　　本電路必須構(gòu)建在具有較大面積接地層的多層電路板上。為實(shí)現(xiàn)最佳性能，必須采用適當(dāng)?shù)牟季?、接地和去耦技術(shù)（請(qǐng)參考指南MT-031——“實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的接地并解開AGND和DGND的謎團(tuán)” 以及 指南MT-101——“去耦技術(shù)”）。

　　測(cè)量

　　對(duì)于PLC、DCS和其它過程控制系統(tǒng)，積分非線性（INL）、微分非線性（DNL）和輸出誤差是最重要的性能指標(biāo)。AD5751具有非常靈活并且可配置的輸出范圍，可以滿足應(yīng)用需要。該電路的INL、DNL和輸出誤差測(cè)量結(jié)果分別如圖2、圖3和圖4所示。測(cè)量條件為25°C、電壓輸出模式并且使用內(nèi)部電流檢測(cè)電阻。AD5751范圍設(shè)置為0 V至5 V。所有其它范圍的測(cè)試結(jié)果如表1所列。

　　表1所示測(cè)試結(jié)果是在25°C下使用EVAL-CN0204-SDPZ電路板和Agilent E3631A直流電源，利用Agilent 34401A數(shù)字萬用表測(cè)得的。

　　注意，客戶需要調(diào)整輸出范圍0 mA至20.4 mA和0 mA至24.5 mA，以便與0 mA至20 mA和0 mA至24 mA范圍完全匹配。0 mA至20.4 mA范圍下的1.70% FSR輸出誤差包括增益誤差，增益誤差可以由客戶通過校準(zhǔn)消除。

　　圖2. 0 V至5 V輸出范圍的INL

　　圖3. 0 V至5 V輸出范圍的DNL

　　圖4. 0 V至5 V輸出范圍的輸出誤差

　　常見變化

　　本電路顯示了一系列驅(qū)動(dòng)器和DAC產(chǎn)品的一種實(shí)施方案，可以從該系列選擇其它器件以實(shí)現(xiàn)所需的性能。12位到16位分辨率和0.1%精度是PLC和DCS應(yīng)用的典型要求。針對(duì)不需要16位分辨率的應(yīng)用，可以使用 AD5620 （12位）和 AD5640 （14位），它們還內(nèi)置基準(zhǔn)電壓源。

　　AD5623R （12位）、 AD5643R （14位）和 AD5663R （16位）是雙通道nanoDAC器件，AD5624R （12位）、AD5644R （14位）和AD5664R （16位）是四通道nanoDAC器件，均適合多通道應(yīng)用。

　　AD5750-1 和 AD5750 均為雙極性模擬輸出驅(qū)動(dòng)器，可以提供±10 V和±20 mA。