原创 电路笔记CN0065：利用AD5422及数字隔离器ADuM1401构建16位全隔离输出模块

利用单芯片电压和电流输出DAC AD5422及数字隔离器ADuM1401构建16位全隔离输出模块(CN0065) 

电路类型: DAC电路

优化目标: 高分辨率, 隔离

应用: 过程控制 

电路功能与优势

本电路提供一种完整的工业控制输出模块解决方案。该设计适合过程控制可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)模块，这些模块均要求具有标准4 mA至20 mA电流输出及单极性或双极性输出电压范围。16位DAC AD5422可通过软件配置提供所有必要的输出，并具有许多集成诊断特性，适用于工业环境。ADuM1401提供微控制器与DAC之间所需的全部信号隔离。本电路还含有标准外部保护功能，且经过测试和验证，完全符合IEC 61000标准。

电路描述

对于工业控制模块，标准模拟输出电压和电流范围包括±5 V、±10 V、0 V至5 V、0 V至10 V、4 mA至20 mA或0 mA至20 mA。AD5422是一款精密、全集成式16位DAC，提供可编程电流源和可编程电压输出，针对工业过程控制应用的要求而设计。

图1所示电路的输出电流范围可通过编程设置，设置范围为4 mA至20 mA、0 mA至20 mA或超量程功能0 mA至24 mA。电压输出由一个独立引脚提供，经过配置可以提供0 V至5 V、0 V至10 V、±5 V或±10 V的输出范围。所有范围均提供10%的超量程特性。模拟输出提供短路和开路保护，可驱动1 μF容性负载和1 H感性负载。

 

图1：16位工业控制输出模块，集成诊断、输出保护功能（原理示意图）
 

默认条件下，AD5422的DVCC引脚采用2.7 V至5.5 V电源供电。或者，也可以使用DVCC SELECT引脚，将4.5 V内部电源与DVCC引脚相连，用作系统中其它器件的数字电源，或者用作上拉电阻的端电极。这种模式下，DVCC引脚可提供的最大电流为5 mA。在此设计中，DVCC输出用于为数字隔离器ADuM1401的隔离场端供电。

ADuM1401是一款采用ADI公司iCoupler® 技术的四通道数字隔离器。利用它可在AD5422与系统微控制器之间实现隔离，隔离额定值为2.5 kV（均方根值）。所有四条线均用于将标准SPI接口与AD5422相连：三条发射线（LATCH、SCLK、SDIN）和一条接收线(SDO)。

AD5422具有一个10 ppm/°C片内基准电压源。为了在整个温度范围内提供高性能，本设计采用5 V外部基准电压源ADR445，其最大精度误差为0.04%，最大温度漂移为3 ppm/°C。在整个工业温度范围内，此漂移大约贡献0.02%的误差。

图2显示AD5422采用外部基准电压源ADR435时的输出误差曲线。所示数据为0 V至10 V标称输出范围内以%FSR（满量程范围）表示的输出电压误差。

 

 图2：INL精度曲线（0 V至10 V输出范围） 
 

本设计还含有外部保护功能（如标准保护二极管和TVS器件等），且成功通过测试，符合IEC 61000标准，如表1所示。关于外部保护技术的更多讨论内容，请参考Colm Slattery、Derrick Hartmann和Li Ke合作撰写的“PLC评估板简化工业过程控制系统设计”一文（《模拟对话》，43-04，2009年4月）。

表1. 符合IEC标准 

本文摘自ADI网站“实验室电路”。

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