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两个模拟组件满足可编程的模拟输出解决方案

出处:电子发烧友 发布于:2019-03-08 14:32:09 | 239 次阅读

某些可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)应用需要功能齐全,灵活,可编程的模拟输出解决方案。图1所示的电路可以实现这一点。它只有两个模拟组件,可满足PLC和DCS应用的大多数要求。 AD5660-1具有低功耗(2.8 mW @ 5 V),轨到轨输出,16位nanoDAC®,与AD5750-1工业电流/电压输出驱动器相结合,可提供所有典型的电流和电压输出范围16位分辨率,无失码,0.05%线性度,小于0.1%输出误差。该电路还包含用于工业应用的关键特性,例如片上输出故障检测,防止数据包错误(PEC)的CRC校验和灵活的上电选项,使其成为稳健工业控制系统的理想选择。无需外部精密电阻或校准程序即可在批量生产中保持一致的性能,从而使其成为PLC或DCS模块的理想选择。

两个模拟组件满足可编程的模拟输出解决方案

 
      图1:单通道的基本模拟输出电路(简化原理图,所有连接和保护电路未显示)。

电路描述

AD5750/AD5750-1是单通道,低成本,精密电压/电流输出驱动器,专为满足工业过程控制应用的要求而开发。电压输出范围可针对PLC和DCS应用的标准输出范围进行编程:0 V至5 V,0 V至10 V,-5 V至+5 V和-10 V至+10 V. 20%标准范围还提供超量程设置,提供以下选项:0 V至6 V,0 V至12 V,-6 V至+6 V和-12 V至+12 V.

电流输出,可在单独的引脚上提供,编程范围为4 mA至20 mA,0 mA至20 mA,-20 mA至+20 mA,0 mA至24 mA和-24 mA至+24 mA 。单极范围具有2%的超范围设置。由于AD5750/AD5750-1电流输出可以提供电流或吸收电流,因此可以连接各种传感器或执行器。如果需要,可以将电压和电流输出引脚连接在一起,将终端系统配置为单通道输出。

AD5660-1是一款单通道,低成本,低功耗,轨到轨电压缓冲输出,nanoDAC集成了片上1.25 V,5 ppm/°C基准电压源。 AD5660-1内置一个上电复位电路,可确保DAC输出上电至0 V并保持该状态,直至发出有效的写命令。

AD5660-1 DAC与AD5750-1驱动器之间的接口非常简单,无需外部元件。 AD5660-1的输出电压范围为0 V至2.5 V,与AD5750-1的输入范围相匹配。此外,AD5660-1的基准输出电压为1.25 V,精确匹配AD5750-1的基准输入要求。

用于PLC和DCS应用的设备通常需要ESD保护和过压保护,远高于正式推荐的规范。 AD5750-1在每个引脚内部集成了ESD保护二极管,可防止3 kV瞬态损坏(人体模型)。但是,工业控制环境会使I/O电路受到更高的瞬态影响。外部30 V,600 W瞬态电压抑制器(TVS); 50 mA,30 V PolySwitch; EVAL-CN0203-SDPZ电路板内置有功率肖特基二极管,可提供更高电压的ESD保护,50 mA过流和30 V过压保护。可选的外部保护电路未在图1的简化原理图中显示,但可以在CN0203设计支持包中的详细原理图(EVAL-CN0203-SDPZ-SCH pdf文件)中找到。

电路必须在具有大面积接地平面的多层PC板上构建。必须使用适当的布局,接地和去耦技术来实现最佳性能(参见教程MT-031,接地数据转换器和解开“AGND”和“DGND”之谜以及教程MT-101,去耦技术)。

测量

积分非线性(INL),微分非线性(DNL)和输出误差是PLC,DCS和其他过程控制系统最重要的规范。 AD5750-1具有高度灵活和可配置的输出范围,可根据应用需求进行定制。电路的INL,DNL和输出误差的测量分别如图2,3和4所示。该数据是在25°C的电压输出模式下使用内部电流检测电阻获得的。 AD5750-1范围设置为0 V至5 V.表1列出了所有其他范围的测试结果。

两个模拟组件满足可编程的模拟输出解决方案

图2:0V至5 V输出范围的INL。

两个模拟组件满足可编程的模拟输出解决方案

图3:0 V至5 V输出范围的DNL。

两个模拟组件满足可编程的模拟输出解决方案

图4:0 V至5 V输出范围的输出误差。

表1中显示的测试结果是在25°C下使用由Agilent E3631A直流电源供电的EVAL-CN0203-SDPZ板进行的,并使用Agilent 34401A数字万用表进行测量。

请注意,输出范围为0 mA至20.4 mA和0 mA至24.5 mA均由客户进行调整,以精确匹配0 mA至20 mA和0 mA至24 mA范围。 0 mA至+24.5 mA范围内的0.24%FSR输出误差测量包括增益误差,可通过客户校准消除。

范围电流检测电阻INL(LSB)线性度(%FSR)输出误差(%FSR)0 V至5 V无需关注7.1 0.011 0.05 0 V至10 V无需关注6.1 0.009 0.05 -5 V至+5 V无所谓6.2 0.009 0.04 -10 V至+10 V无需关注6.8 0.010 0.04 0 V至6 V无需关注6.9 0.010 0.05 0 V至12 V无需关注5.3 0.008 0.09 -6 V至+6 V无需关注8.0 0.012 0.06 -12 V至+12 V无需关注7.4 0.011 0.08 -2.5 V至+2.5 V无需关注5.6 0.008 0.05 4 mA至20 mA内部6.3 0.010 0.07 4 mA至20 mA外部6.2 0.010 0.07 0 mA至20 mA内部5.8 0.009 0.06 0 mA至20 mA外部5.7 0.009 0.06 0 mA至24 mA内部5.4 0.008 0.07 0 mA至24 mA外部5.5 0.008 0.06 -20 mA至+20 mA内部8.8 0.013 0.05 -20 mA至+20 mA外部9.3 0.014 0.05 -24 mA至+24 mA内部9.2 0.014 0.05 -24 mA至+24 mA外部10.1 0.015 0.04 3.92 mA至+20.4 mA内部6.7 0.010 0.03 0 mA至+20.4 mA内部7.6 0.012 0.05 0 mA至+24.5 mA内部3.4 0.007 0.24

表1:测试结果所有输出范围。

常见变化

AD5620(12位)和AD5640(14位)与AD5660引脚兼容,适用于不需要16位分辨率的应用。

对于多通道应用,AD5623R(12位),AD5643R(14位)和AD5663R(16位)是双nanoDAC器件,AD5624R(12位),AD5644R(14位),和AD5664R(16位)是四通道nanoDAC器件。

AD5751是一款单极性模拟输出驱动器,可使用50 V AVDD电源提供40 V输出。

电路评估和测试

所需设备(等效物可替代)

系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z)

CN- 0203电路评估板(EVAL-CN0203-SDPZ)

CN-0203评估软件

用于控制外部测试测量设备的软件(不包括在CD中)

Agilent 34401A 6.5数字万用表

Agilent E3631A 0 V至6 V/5 A; ±25 V/1 A三路输出直流电源

USB接口的PC(Windows®2000或Windows XP)

National Instruments GPIB转USB-B接口和电缆

使用入门

将CN-0203评估软件光盘放入PC的CD驱动器中,以加载评估软件。使用“我的电脑”,找到包含评估软件光盘的驱动器,然后打开自述文件。按照自述文件中的说明安装和使用评估软件。

功能框图

图5显示了测试设置的功能框图。 pdf文件“EVAL-CN0203-SDPZ-SCH”包含CN-0203评估板的详细电路原理图。该文件包含在CN-0203设计支持包中。

设置

将EVAL-CN0203-SDPZ电路板上的120针连接器连接到EVAL-SDP-CB1Z评估(SDP)板上标有“CON A”或“CON B”的连接器。使用尼龙硬件牢固固定两块板,使用120针连接器末端提供的孔。成功将直流输出电源设置为+15 V,-15 V和+6 V输出后,关闭电源。

关闭电源后,将+15 V电源连接到CN1标记为“+15 V”的引脚,将-15 V电源连接到CN1标记为“-15 V”和“GND”的引脚“CN1的引脚标有”GND“。以相同的方式将+6 V连接到CN2。打开电源,然后将USB电缆与SDP板连接到PC上的USB端口。注意:在打开EVAL-CN0203-SDPZ的直流电源之前,请勿将USB电缆连接到SDP板上的mini USB接口。

两个模拟组件满足可编程的模拟输出解决方案

图5:测试设置功能框图。

跳线说明设置功能JP1设置AD5750-1的地址短接Pin1的地址为AD5750的地址:b‘001将Pin3的地址与AD5750的地址短接Pin3:b’000 JP2设置外部补偿电容短路增加1 nF补偿电容开口去除1 nF补偿电容JP3 VSENSE +设置短路短路VSENSE +内部VOUT开路VSENSE +内部没有VOUT连接JP4 VSENSE-设置短路短路VSENSE-内部带GND开路VSENSE-内部无GND连接JP5短路VOUT和

IOUT引脚短路将VOUT和IOUT短接在一起。打开VOUT和IOUT没有内部连接JP6设置AD5750-1的CLEAR模式

短路清除到中间电平打开清除到零电平

测试

安装测试设备后,将标有“VOUT”的CN3引脚或标有“IOUT”的CN4引脚连接到Agilent 34401A的输入端。确保Agilent 34401A前面板上的电缆连接正确,具体取决于不同的输入信号类型(电流或电压)。测试INL,DNL和总误差将花费相当长的时间,因为34401A必须设置和测量所有AD5660-1 16位DAC电平。

CD上提供的软件允许通过PC设置DAC代码。需要一个自动测试程序来逐步执行代码并分析数据。这不在CD上提供,但必须由客户实施,以符合测试设置中使用的特定万用表的要求。

在图5所示的测试配置中,34401A万用表的GPIB输出使用National Instruments GPIB到USB-B接口和电缆连接到PC上的第二个USB端口。这允许将对应于每个代码的万用表读数加载到PC中的Excel电子表格中。然后使用行业标准定义分析数据的INL,DNL和总误差。

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