用于現(xiàn)場儀表和工廠自動(dòng)化的創(chuàng)造性低功耗解決方案

節(jié)省空間和電力

現(xiàn)代化的工廠或加工廠擁有極其復(fù)雜的控制系統(tǒng) - 設(shè)施的大腦 - 來協(xié)調(diào)和調(diào)節(jié)其運(yùn)營。這個(gè)中心的大腦依靠大量的遠(yuǎn)程傳感器——系統(tǒng)的眼睛和耳朵——來監(jiān)控工廠中運(yùn)行的過程的狀態(tài)。這些傳感器通常測量壓力、溫度或流速等參數(shù)。在支持狀態(tài)監(jiān)控（CbM）等功能的最新人工智能（AI）系統(tǒng)中，傳感器可能會(huì)監(jiān)測振動(dòng)或聲音，以檢測即將發(fā)生的機(jī)器故障的信號。

這些傳感器模塊作為離散單元遠(yuǎn)程部署，需要與主控制系統(tǒng)的通信接口。由于與電源線的距離，一些現(xiàn)場儀表在物理上非常遙遠(yuǎn)，以至于它們由電池供電。低功耗運(yùn)行對于在需要更換儀器電池之前延長運(yùn)行時(shí)間至關(guān)重要。這直接轉(zhuǎn)化為減少維護(hù)工作量和成本 - 這是提高工廠生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素。即使在環(huán)路供電的4-20mA解決方案中，開發(fā)能夠在有限功率內(nèi)有效運(yùn)行的系統(tǒng)也面臨著更大的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)場儀表也往往很小，使它們能夠被擠在管道、閥門和其他基礎(chǔ)設(shè)施之間。

適應(yīng)性強(qiáng)的集成信號鏈平臺

這種對功耗和空間優(yōu)化的要求促使ADI公司創(chuàng)建了最新的精密低功耗信號鏈（見圖1）。信號鏈價(jià)值的關(guān)鍵是集成、功率優(yōu)化和適應(yīng)性。其核心是新型AD4130-8，這是一款高度集成的超低功耗24位Σ-Δ型ADC，可對壓力和溫度傳感器等多種常見傳感器類型進(jìn)行偏置和激勵(lì)，并對濾波后的模擬信號進(jìn)行高分辨率數(shù)字化。片上FIFO緩沖器有助于降低主機(jī)微控制器的處理開銷，集成診斷功能可檢測傳感器輸入何時(shí)缺失或出現(xiàn)故障。

將這些功能集成到精密多路復(fù)用ADC中可減少總組件數(shù)量，并幫助現(xiàn)場儀器開發(fā)人員實(shí)現(xiàn)更緊湊的設(shè)計(jì)。

同時(shí)，基于AD4130-8的精密低功耗信號鏈可以部署一系列功耗優(yōu)化技術(shù)，如占空比控制，以最大限度地降低系統(tǒng)功耗。

由于基于AD4130-8的功率和密度優(yōu)化信號鏈具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，因此儀器儀表制造商可以輕松重新配置/調(diào)整其解決方案，以構(gòu)建產(chǎn)品系列，從而縮短開發(fā)時(shí)間并簡化庫存和生產(chǎn)。多通道AD4130-8的內(nèi)部傳感器偏置和接口功能可直接連接到傳感器的測量方式，如溫度、負(fù)載和壓力，從而輕松獲取這些參數(shù)的數(shù)據(jù)。

通過添加最少數(shù)量的外部組件，也可以輕松支持其他模式，例如流量，使其成為支持各種不同傳感器類型和應(yīng)用的適應(yīng)性強(qiáng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。精密低功耗信號鏈還包括適當(dāng)?shù)?a target="_blank">電源管理元件，以保持超低功耗和精度。

圖1 - 可配置、集成、功率和密度優(yōu)化的信號鏈

支持工具生態(tài)系統(tǒng)

當(dāng)現(xiàn)場儀器設(shè)計(jì)基于精密低功耗信號鏈時(shí)，開發(fā)人員可以充分利用為其量身定制的一系列工具和支持。這包括ADI精密工作室新發(fā)布的噪聲和交流仿真工具。該工具可快速仿真電路的交流和噪聲性能，實(shí)時(shí)顯示結(jié)果。它還將根據(jù)用戶輸入（例如增益、電平轉(zhuǎn)換和 3dB 頻率）生成原理圖模塊。構(gòu)建并仿真原理圖后，可以將其導(dǎo)出到我們的LTspice?仿真軟件進(jìn)行進(jìn)一步的微調(diào)。該工具是Precision Studio如何通過允許快速迭代以滿足特定應(yīng)用要求，將設(shè)計(jì)時(shí)間縮短到最佳電路的一個(gè)例子。

還有一個(gè)專門的EngineerZone頁面，用于精密低功耗信號鏈，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可能遇到的任何問題提供支持。

單通道和多通道信號鏈選項(xiàng)

新型AD4130-8 ADC為功耗和密度優(yōu)化的精密信號鏈提供了基礎(chǔ)。ADI公司還提供其他精密低功耗信號鏈選項(xiàng)，適用于僅需要單通道測量或需要不同優(yōu)化的應(yīng)用，例如噪聲或處理生物電勢信號。

低功耗信號鏈設(shè)計(jì)的廣泛選擇，全部由ADI工具、文檔和評估軟件提供支持，意味著低功耗檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以輕松獲得快速優(yōu)化基本設(shè)計(jì)、針對其獨(dú)特條件進(jìn)行調(diào)整和創(chuàng)建解決方案所需的所有資源。

審核編輯：郭婷