原创电路笔记CN0063：基于AD5662和数字隔离器ADuM1401的完全隔离电压输出模块

 2009-10-25 13:40  2302 10 10 分类: 消费电子

基于 16 位数模转换器 AD5662 和数字隔离器 ADuM1401 及外部放大器的完全隔离电压输出模块（CN0063）

电路类型： DAC 电路

优化目标：高分辨率，隔离

应用：仪器仪表，过程控制

电路功能及优点

该电路工业控制输出模块提供了一个完整的解决方案。此设计适用于需要双极输出电压范围的过程控制可编程控制器（PLCs）和分布式控制系统（DCSes）。AD5662 是一个 16 位 5 V 供电，SOT-23 封装的数模转换器。ADuM1401 四通道数字隔离器在微控制器和数模转换器之间提供了全部的信号隔离。该电路经测试和验证，完全符合 IEC 61000 规格的外部保护标准。

图1，16 位隔离工业控制电压输出模块（简体示意图），ADuM1401 可用 ADuM1411 替换。

电路描述

工业控制模块的模拟输出电压的范围通常是 ±5 V，±10 V，0 V 至 5 V 或 0 V 至 10 V。AD5662 在上述每个范围中提供一个 0 V 至 5 V 的输出，经过两级增益及 16 位分辨率的偏移范围。跳线（此处显示为开关）用来在输出范围之间进行切换。此设计选择了 OP2177 ，主要是由于其低噪声和偏移性能，及其双极电压能力。

该电路选择 ADR02 作为基准。ADR02 具有优秀的 ppm 漂移规格，最大 9 ppm/℃的温漂。

ADuM1401 是基于 ADI 公司 iCoupler® 技术的四通道数字隔离器。它用来在 AD5662 和系统的微控制器之间提供 2.5 KV rms 的电压隔离。三条数据线用来连接 AD5662 的标准 SPI 接口：SYNC，SCLK 和 DIN。

图2，INL 0 V 至 +10 V 输出范围的精度图

图2 是当 AD5662 使用 ADR02 作为外部参考时的输出误差图（积分非线性）。显示了 %FSR（full-scale range）作为输入编码的函数。

此设计还包括外部的保护（如标准保护二极管和 TVS 器件），并且已经测试通过了表1 所展示的 IEC 61000 标准。看Colm Slattery，Derrick Hartmann 和 Li Ke 于2009年4月在“模拟对话”，43-04，所发表的“简化工业过程控制系统设计的 PLC 评估板”一文，进行更多外部保护技术的讨论。

表1，符合 IEC 规格

检验项目	描述	结果
EN & IEC 61000-4-2	Electrostatic discharge (ESD), ±4 kV VCD	Max. deviation 0.32% for CH3. Class B
EN & IEC 61000-4-2	Electrostatic discharge (ESD) ±8 kV HCD	Max. deviation 0.28% for CH3. Class B
EN & IEC 61000-4-3	Radiated immunity 80 MHz to 1 GHz 10 V/m, vertical antenna polarization	Max. deviation 0.09% for CH1, 0.30% for CH3. Class B
	Radiated immunity 80 MHz to 1 GHz 10 V/m, horizontal antenna polarization	Max. deviation –0.04% for CH1, 0.22% for CH3. Class B
	Radiated immunity 1.4 GHz to 2 GHz 3 V/m, vertical antenna polarization	Max. deviation 0.01% for CH1, -0.09% for CH3. Class B
	Radiated immunity 1.4 GHz to 2 GHz 3 V/m, horizontal antenna polarization	Max. deviation 0.01% for CH1, 0.09% for CH3. Class B
EN & IEC 61000-4-4	Electrically fast transient (EFT) ±2 kV power port	Max. deviation –0.12% for CH3. Class B
EN & IEC 61000-4-4	Electrically fast transient (EFT) ±1 kV signal port	Max. deviation –0.02% for CH3. Class A
EN & IEC 61000-4-5	Power line surge, ±0.5 kV	No board or part damage occurred, passed with Class B
EN & IEC 61000-4-6	Conducted immunity test on power cord, 10 V/m for 5 minutes	Max. deviation 0.09% for CH3. Class B
EN & IEC 61000-4-6	Conducted immunity test on I/O cable, 10 V/m for 5 minutes	Max. deviation –0.93% for CH3. Class B
EN & IEC 61000-4-8	Magnetic immunity horizontal antenna polarization	Max. deviation –0.01% for CH3. Class A
EN & IEC 61000-4-8	Magnetic immunity vertical antenna polarization	Max. deviation –0.02% for CH3. Class A