上傳時間:2011年12月20日 來源:電子工程世界
電路功能與優(yōu)勢圖1所示電路是一種僅使用兩個模擬器件的全功能、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(tǒng)(DCS)應用的大部分要求。AD5660-1 是一款低功耗(2.8 mW @ 5 V)、軌到軌輸出、16位nanoDAC, AD5750-1是一款工業(yè)用電流/電壓輸出驅動器,二者相結合可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0.1%的輸出誤差。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(tǒng)。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.
圖1. 針對單通道的基本模擬輸出電路
電路描述AD5750/AD5750-1是單通道、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。電壓輸出范圍可以針對PLC和DCS應用的標準輸出范圍進行編程:0 V至5 V、0 V至10 V、-5 V至+5 V和-10 V至+10 V。針對標準范圍,還提供了20%的超范圍設置,由此便可得到下列選項:0 V至6 V、0 V至12 V、-6 V至+6 V和-12 V至+12 V。電流輸出通過單獨的引腳提供,可以編程為以下范圍: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。單極性范圍具有2%的超范圍設置。由于AD5750/AD5750-1的電流輸出既可以是源電流,也可以是吸電流,因此它能與廣泛的傳感器或執(zhí)行器接口。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。AD5660-1是一款單通道、低成本、低功耗、軌到軌電壓緩沖輸出nanoDAC,片內集成一個1.25V、5 ppm/°C基準電壓源。AD5660-1內置一個上電復位電路,確保DAC輸出上電至0 V并保持該電平,直到執(zhí)行一次有效的寫操作為止。AD5660-1 DAC與AD5750-1驅動器之間的接口簡單,無需外部器件。AD5660-1的輸出電壓范圍是0 V到2.5 V,與AD5750-1的輸入范圍匹配。此外,AD5660-1的基準輸出電壓為1.25 V,與AD5750-1的基準輸入要求完全匹配。用于PLCDCS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。AD5750-1的各引腳內置ESD保護二極管,可以防止3 kV瞬變損害器件(人體模型)。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-CN0203-SDPZ電路板內置外部30 V/600 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30 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CN0203設計支持包的詳細原理圖(EVAL-CN0203-SDPZ-SCH pdf文件)中找到:www.analog.com/CN0203-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(xiàn)最佳性能,必須采用適當?shù)牟季帧⒔拥睾腿ヱ罴夹g(請參考教程MT-031——“實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉換器的接地并解開AGND和DGND的謎團”" 以及 教程MT-101——“去耦技術”)。測量對于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。AD5750-1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。AD5750-1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。
圖3.
圖3. 0 V至5 V輸出范圍的DNL
圖4.
圖4. 0 V至5 V輸出范圍的輸出誤差
表1所示測試結果是在25°C下使用EVAL-CN0203-SDPZ電路板,采用Agilent E3631A直流電源供電,利用Agilent 34401A數(shù)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+24.5 mA范圍下的0.24% FSR輸出誤差包括增益誤差,增益誤差由客戶通過校準消除。

常見變化AD5620(12位)和 AD5640 (14位)與 AD5660 引腳兼容,適合不需要16位分辨率的應用。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,均適合多通道應用。AD5750 驅動器與AD5750-1引腳兼容,采用4.096 V基準電壓源時,可以接受0 V至4.096 V的輸入范圍。AD5751是單極性模擬輸出驅動器,使用50 V AVDD電源時,可以提供40 V輸出。電路評估與測試設備要求(可以用同等設備代替)·系統(tǒng)演示平臺(EVAL-SDP-CB1Z)·CN-0203電路評估板(EVAL-CN0203-SDPZ)·CN-0203評估軟件·用于控制外部測試測量設備的軟件(CD中未包括)·Agilent 34401A 6.5數(shù)字萬用表·Agilent E3631A 0 V-6 V/5 A、±25 V/1 A三路輸出直流電源·帶USB接口的PC(Windows 2000或Windows XP)·National Instruments GPIB轉USB-B接口和電纜開始使用將CN-0203評估軟件光盤放進PC的光盤驅動器,加載評估軟件。打開“我的電腦”,找到包含評估軟件光盤的驅動器,打開Readme文件。按照Readme文件中的說明安裝和使用評估軟件。功能框圖圖5所示為測試設置的功能框圖。Pdf文件“EVAL-CN0203-SDPZ-SCH”包含CN-0203評估板的詳細電路原理圖。此文件位于CN-0203設計支持包中: www.analog.com/CN0203-DesignSupport
圖5.
圖5. 測試設置功能框圖
設置EVAL-CN0203-SDPZ電路板上的120引腳連接器連接到EVAL-SDP-CB1Z (SDP)評估板上標有“CON A”或“CON B”的連接器。應使用尼龍五金配件,通過120引腳連接器兩端的孔牢牢固定這兩片板。將直流輸出電源成功設置為+15 V、-15 V和+6 V輸出后,關閉電源。在斷電情況下,將一個+15 V電源連接到標有“+15 V”的CN1引腳,將一個-15 V電源連接到標有“-15 V”的CN1引腳,將“GND”連接到標有“GND”的CN1引腳。以同樣方式將+6 V連接到CN2。接通電源,然后將SDP板附帶的USB電纜連接到PC上的USB端口。注意:接通EVAL-CN0203-SDPZ的直流電源之前,請勿將該USB電纜連接到SDP板上的微型USB連接器。測試設置好測試設備后,將標有“VOUT”的CN3引腳或標有“IOUT”的CN4引腳連接到Agilent 34401A的輸入端。根據(jù)輸入信號類型(電流或電壓),確保Agilent 34401A前面板上的電纜連接正確。測試INL、DNL和總誤差需要相當長的時間,因為AD5660-1 16位DAC的所有電平都需要由34401A設置并測量。利用CD中提供的軟件,可以通過PC設置DAC代碼。需要使用自動測試程序來逐步測試各個代碼并分析數(shù)據(jù)。CD中未提供程序,必須由客戶根據(jù)測試設置所用特定萬用表的要求予以實現(xiàn)。在圖5所示的測試配置中,利用National Instruments GPIB轉USB-B接口和電纜,34401A萬用表的GPIB輸出與PC上的另一個USB端口接口。這樣,萬用表讀數(shù)就能與載入PC中Excel電子表格的各代碼對應。然后根據(jù)業(yè)界標準定義分析這些數(shù)據(jù),以獲得INL、DNL和總誤差。