電路功能與優(yōu)勢

圖1所示電路是一種全功能、高壓(最高44 V)、靈活、可編程的模擬輸出解決方案，它滿足可編程邏輯控制器(PLC)和分布式控制系統(DCS)應用的大部分要求。

AD5662 是一款低功耗(0.75 mW @ 5 V)、軌到軌輸出、16位nanoDAC®器件，AD5751 是一款工業(yè)電流/電壓輸出驅動器，二者的輸入和輸出電壓范圍以及基準電壓要求完全一致。

ADR444是一款低漂移(B級最大值為3 ppm/°C)、高初始精度(B級最大值為0.04%)、低噪聲(典型值1.8 μV p-p，0.1 Hz至10 Hz)基準電壓源，為AD5751和AD5662提供基準電壓，保證電路具有超低噪聲、高精度、低溫漂特性。該電路提供所有典型的電流和電壓輸出范圍、16位分辨率且無失碼、0.05%的線性度以及小于0.2%的總輸出誤差。

ADuM1301 和ADuM5401在微控制器與模擬信號鏈之間提供所需的全部信號隔離。ADuM5401 還提供5 V隔離電源。該電路還具有一些支持工業(yè)應用的重要特性，如片內輸出故障檢測、用于防止分組錯誤(PEC)的CRC校驗以及靈活的上電選項等，非常適合構建魯棒的工業(yè)控制系統。在大批量生產中，它無需外部精密電阻或校準程序就能保持一致的性能，因而是PLC或DCS模塊的理想選擇。

圖1. 針對單通道的基本模擬輸出電路(原理示意圖，未顯示所有連接和保護電路)

電路描述

AD5751是一款單通道、低成本、精密電壓/電流輸出驅動器，設計用于滿足工業(yè)過程控制應用的需要。AD5751的工作電壓范圍是10.8 V至55 V，電壓輸出可以高達44 V。電壓輸出范圍可以編程為PLC和DCS應用的標準輸出范圍及20%超范圍設置：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。

電流輸出通過單獨的引腳提供，可以編程為以下標準范圍：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電源電壓的寬基準電壓范圍內，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公共基準源工作。整個系統都能受益于ADR444的超低噪聲和低溫漂特性。ADR44x系列基準源可以流出和流入電流，因此非常適合驅動基準電壓或電源輸入。AD5662還內置一個上電復位電路，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是一款三通道數字隔離器。ADuM5401是一款四通道數字隔離器，集成isoPower®隔離式DC/DC轉換器。它們均基于 iCoupler® 技術，用來在信號鏈與系統微控制器之間實現隔離，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。

數字電源與模擬電源應分離，通過鐵氧體磁珠連接。各電源引腳通過并聯的10 μF電容和0.1 nF陶瓷電容進行去耦。更多信息請參見CN0204設計支持包 中的原理圖。

用于PLC和DCS應用的器件所需的ESD保護和過壓保護一般遠高于形式上的推薦要求。AD5751的各引腳內置ESD保護二極管，可以防止瞬變損害器件。但是，工業(yè)控制環(huán)境可能會使I/O電路遭受高得多的瞬變。EVAL-CN0204-SDPZ電路板內置外部64 V/1500 W瞬變電壓抑制器(TVS)、50 mA/30 V自恢復保險絲(PolySwitch)和肖特基功率二極管，以提供更高電壓的ESD保護、50 mA過流保護和64 V過壓保護。圖1的原理示意圖未顯示可選的外部保護電路，但可以在CN0204設計支持包的詳細原理圖(EVAL-CN0204-SDPZ-SCH pdf文件)中找到： www.analog.com/CN0204-DesignSupport

本電路必須構建在具有較大面積接地層的多層電路板上。為實現最佳性能，必須采用適當的布局、接地和去耦技術(請參考指南MT-031——“實現數據轉換器的接地并解開AGND和DGND的謎團” 以及 指南MT-101——“去耦技術”)。

測量

對于PLC、DCS和其它過程控制系統，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。AD5751具有非常靈活并且可配置的輸出范圍，可以滿足應用需要。該電路的INL、DNL和輸出誤差測量結果分別如圖2、圖3和圖4所示。測量條件為25°C、電壓輸出模式并且使用內部電流檢測電阻。AD5751范圍設置為0 V至5 V。所有其它范圍的測試結果如表1所列。

表1所示測試結果是在25°C下使用EVAL-CN0204-SDPZ電路板和Agilent E3631A直流電源，利用Agilent 34401A數字萬用表測得的。

注意，客戶需要調整輸出范圍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