PLC評估板在工業(yè)過程控制系統中的應用

儀表放大器經常被用于處理模擬輸入信號。這些精密的、低噪聲器件對干擾很敏感，因此流進模擬輸入端口的電流應被限制在幾毫安以下。外部肖特基二極管通常可保護儀表放大器。即使在已具有內置ESD保護二極管的情況下，采用外部二極管也可使限制電阻更小并減小噪聲和偏移誤差。雙肖特基勢壘二極管D4-A和D4-B驅動過流到達電源或地。

當把連接外部傳感器例如熱電偶(TC)或電阻溫度檢測器(RTD)直接連到ADC時，需要類似的保護，如圖15所示。

圖15. 模擬輸入保護。

• 兩個TVS網絡(D5-C和D5-D)被放在J2輸入管腳后，以抑制來自端口的瞬態(tài)信號。
• C7、C8、C9、R9和R10構成ADC前面的RF衰減濾波器。這個濾波器有三個作用：從輸入線路中去掉盡可能多的RF能量，以保持每條線路和地之間的交流信號平衡，并維持足夠高的測量帶寬輸入阻抗，以避免載入信號源。該濾波器在-3dB差分和共模帶寬分別是7.9kHz和1.6MHz。

模擬輸出保護： PLC評估系統可通過軟件配置為各種范圍內的輸出模擬電壓或電流。輸出信號由AD5422提供，該器件是一款高精度、低成本、完全集成的16位數模轉換器，它能提供可編程電流源和可編程電壓輸出。AD5422的電壓和電流輸出可被直接連到外部負載上，因此它們易受到電壓浪涌和EFT脈沖的影響。

輸出電路結構如圖16所示。

圖16. 模擬輸出保護。

• 一個TVS(D11)被用于濾除并抑制來自端口J5的所有瞬態(tài)信號。
• 一個絕緣的陶瓷鐵氧體磁珠(L3)串聯進輸出路徑，以增加對高頻瞬態(tài)噪聲的隔離和去耦效果。在低頻(100 kHz)時，鐵氧體被感應；因此它們在低通LC濾波器中是有益的。在100kHz以上，鐵氧體不能被感應，這是高頻濾波器設計中的一個重要特性。鐵氧體磁珠具有三個作用：局部化系統噪聲，阻止外部高頻噪聲到達AD5422，并防止內部產生的噪聲波及系統其余部分。當鐵氧體處于飽和狀態(tài)時，它們就變成非線性的并會損失濾波特性。因此，鐵氧體的直流飽和電流一定不能超出其限制范圍，特別是當產生高電流時。
• 雙肖特基勢壘二極管D9-A和D9-B將所有的過流都轉移到正或負電源。在AD5422驅動1μF容性負載時，C22提供電壓輸出緩沖以及相位補償。
• 電流輸出通道上的保護線路與電壓輸出通道上的相當類似，只是用一個10Ω電阻(R17)取代了鐵氧體磁珠。從AD5422輸出的電流被外部的分立式NPN晶體管Q1提升。通過減小流入片上輸出晶體管的電流，外部升壓晶體管的加入將減少AD5422中的功率損耗。Q1的擊穿電壓BVCEO應大于60V。在AD5422被用于極端供電電壓、負載電流和溫度范圍情況的應用中，這種外部升壓能力是很有益的。升壓晶體管還可被用于減少溫度感應漂移，從而使片上基準電壓的漂移達到最小，并改善器件的漂移和線性度。
• 一個15kΩ的精密低漂移電流設置電阻(R15)被連接到RSET，以改善電流輸出穩(wěn)定性。
• 在AD5422由外部電壓驅動時，PLC演示系統可被配置為提供高于15V的電壓輸出。TVS用于保護電源輸入端口。二極管D6和D7提供反向偏置保護。所有電源采用10μF的固態(tài)鉭電容和0.1μF的陶瓷電容去耦。

IEC測試及結果：表3中的結果顯示出在測試期間發(fā)生的DAC輸出偏離情況。測試完成之后輸出值恢復到初始值，這一般是指B級。A級意味著在測試期間，偏離值處于允許的系統精度范圍內。典型的工業(yè)控制系統精度大約是0.05%。

表3. IEC測試結果。

圖17. DAC通道直流電壓輸出。輻射抗擾度 80MHz至1GHz @ 10V/mH。

圖18. DAC通道1直流電壓輸出。輻射抗擾度 1.4MHz至2GHz @ 3V/mH。

典型系統配置：圖19的照片展示了評估系統以及如何配置一個典型系統。輸入通道可接受環(huán)路供電和非環(huán)路供電傳感器輸入，以及標準工業(yè)電流和電壓輸入。完整的設計采用ADI的轉換器、隔離技術、處理器，以及電源管理產品，使客戶能夠輕松評估整個信號鏈。

圖19. 工業(yè)控制評估系統。