僅需使用兩個(gè)模擬器件的靈活的PLC/DCS模擬輸出模塊

　　電路功能與優(yōu)勢

　　圖1所示電路是一種僅使用兩個(gè)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(yīng)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(qū)動器，二者相結(jié)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(yīng)用的重要特性，如片內(nèi)輸出故障檢測、用于防止分組錯(cuò)誤（PEC）的CRC校驗(yàn)以及靈活的上電選項(xiàng)等，非常適合構(gòu)建魯棒的工業(yè)控制系統(tǒng)。在大批量生產(chǎn)中，它無需外部精密電阻或校準(zhǔn)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(hù)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(qū)動器，設(shè)計(jì)用于滿足工業(yè)過程控制應(yīng)用的需要。電壓輸出范圍可以針對PLC和DCS 應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)輸出范圍進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)范圍，還提供了20%的超范圍設(shè)置，由此便可得到下列選項(xiàng)：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(dú)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(shè)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(nèi)集成一個(gè)1.25V、5 ppm/°C基準(zhǔn)電壓源。AD5660-1內(nèi)置一個(gè)上電復(fù)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(qū)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(zhǔn)輸出電壓為1.25 V，與AD5750-1的基準(zhǔn)輸入要求完全匹配。

　　用于PLC和DCS應(yīng)用的器件所需的ESD保護(hù)和過壓保護(hù)一般遠(yuǎn)高于形式上的推薦要求。AD5750-1的各引腳內(nèi)置ESD保護(hù)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(nèi)置外部30 V/600 W瞬變電壓抑制器（TVS）、50 mA/30 V自恢復(fù)保險(xiǎn)絲（PolySwitch）和肖特基功率二極管，以提供更高電壓的ESD保護(hù)、50 mA過流保護(hù)和30 V過壓保護(hù)。圖1的原理示意圖未顯示可選的外部保護(hù)電路，但可以在CN0203設(shè)計(jì)支持包的詳細(xì)原理圖（EVAL-CN0203-SDPZ-SCH pdf文件）中找到： www.analog.com/CN0203-DesignSupport

　　本電路必須構(gòu)建在具有較大面積接地層的多層電路板上。為實(shí)現(xiàn)最佳性能，必須采用適當(dāng)?shù)牟季帧⒔拥睾腿ヱ罴夹g(shù)（請參考 教程MT-031——“實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的接地并解開AGND和DGND的謎團(tuán)”“ 以及 教程MT-101——“去耦技術(shù)”）。

　　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(biāo)。AD5750-1具有非常靈活并且可配置的輸出范圍，可以滿足應(yīng)用需要。該電路的INL、DNL和輸出誤差測量結(jié)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(nèi)部電流檢測電阻。AD5750-1范圍設(shè)置為0 V至5 V。所有其它范圍的測試結(jié)果如表1所列。

　　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

　　圖4. 0 V至5 V輸出范圍的輸出誤差

　　表1所示測試結(jié)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(diào)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(zhǔn)消除。