标签: ad5422

    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    测试项目 描述 结果 EN  IEC 61000-4-2 静电放电 (ESD) ， ±4 kV VCD 最大偏差： 0.32% （ CH3. Class B ） 静电放电 (ESD) ， ±8 kV HCD 最大偏差： 0.28% （ CH3. Class B ） EN  IEC 61000-4-3 辐射抗扰度（ 80 MHz 至 1 GHz 、 10 V/m ），垂直天线极化 最大偏差： 0.09% （ CH1 ）， 0.30% （ CH3. Class B ） 辐射抗扰度（ 80 MHz 至 1 GHz 、 10 V/m ），水平天线极化 最大偏差： –0.04% （ CH1 ）， 0.22% （ CH3. Class B ） 辐射抗扰度（ 1.4 GHz 至 2 GHz 、 3 V/m ），垂直天线极化 最大偏差： 0.01% （ CH1 ）， -0.09% （ CH3. Class B ） 辐射抗扰度（ 1.4 GHz 至 2 GHz 、 3 V/m ），水平天线极化 最大偏差： 0.01% （ CH1 ）， 0.09% （ CH3. Class B ） EN  IEC 61000-4-4 电快速瞬变 (EFT) ±2 kV 电源端口 最大偏差： –0.12% （ CH3. Class B ） 电快速瞬变 (EFT) ±1 kV 信号端口 最大偏差： –0.02% （ CH3. Class A ） EN  IEC 61000-4-5 电源线突波， ±0.5 kV 未发生电路板或器件损坏情况，符合 Class B 要求 EN  IEC 61000-4-6 对电源线执行抗扰度测试， 10 V/m 、 5 分钟 最大偏差： 0.09% （ CH3. Class B ） 对 I/O 电缆执行抗扰度测试， 10 V/m 、 5 分钟 最大偏差： –0.93% （ CH3. Class B ） EN  IEC 61000-4-8 磁场抗扰度，水平天线极化 最大偏差： –0.01% （ CH3. Class A ） 磁场抗扰度，垂直天线极化 最大偏差： –0.02% （ CH3. Class A ） 本文摘自 ADI 网站“实验室电路”。  登陆 www.adum.com.cn 了解更多。