CN0179 對于14位或16位分辨率的解決方案，請考慮采用AD5641 or AD5662,。16 V CMOS運算放大器ADA4665-2 是另一個選擇，可以代替AD8657。它的性價比更高，電壓噪聲更低，但缺點是電源電流較高。 針對此類應用選擇放大器時，務必確保不要超出輸入共模電壓和電源電壓范圍。 本電路采用EVAL-CN0179-PMDZ電路板、EVAL-SDP-CB1Z系統 演示平臺(SDP) 評估板和SDP-PMD-IB1Z（一款針對EVAL-SDP-CB1Z的Pmod轉接板）。SDP和SDP-PMD-IB1Z板 具有120引腳的對接連接器，可以快速完成設置并評估電路性能。為了使用SDP-PMD-IB1Z和 SDP評估EVAL-CN0179-PMDZ板，通過一個間距為100密爾、面積為25平方密爾的標準直角12引腳Pmod接頭連接器把 EVAL-CN0179-PMDZ 連接至SDP-PMD-IB1Z。 有關如何使用評估軟件來捕捉數據以及正確安裝硬件的詳細信息，請參閱 CN0179 軟件用戶指南。 設備要求 帶USB端口且運行Windows? XP、Windows? Vista（32位）或Windows? 7（32位）的PC EVAL-CN0179-PMDZ電路評估板 EVAL-SDP-CB1Z SDP評估板 SDP-PMD-IB1Z CN0179評估軟件 Agilent E36311A雙直流電源（或等效設備） Agilent 3458A萬用表（或等效設備） +6 V壁式電源適配器 GPIB轉USB電纜適配器（僅在捕捉輸出模擬數據并將其傳送到PC時才需要） 有關如何使用評估軟件來捕捉數據以及正確安裝硬件的詳細信息，請參閱CN0179軟件用戶指南。 測試設置和測量 使用圖5中的測試設置對電路進行測試。評估板的照片如圖6所示。 驅動外部電流環路時，跳線不應連接J1端子。跳線連接內部250 Ω負載，并且應當在執行電壓測量時使用。 ? 圖5.測試設置功能框圖 ? 圖6.EVAL-CN0179-PMDZ板照片 ? 對于工業和過程控制模塊，4 mA至20 mA電流環路發送器用作控制單元與執行器之間的通信手段。12位DAC AD5621位于控制單元，根據輸入代碼產生0 V至5 V之間的輸出電壓VDAC。代碼通過SPI接口設置。輸入代碼與輸出電壓之間的理想關系可用下式表示： VDAC?= VREF?× (D/214) (1) 其中：VREF為ADR125的輸出電壓和AD5621的電源電壓。D是載入AD5621的二進制代碼的十進制等效值。 DAC輸出電壓設置流過檢測電阻RSENSE的電流： ISENSE?= VDAC/RSENSE?(2) 流過RSENSE 的電流作為VDAC 的函數在0 mA至2 mA范圍內變化。此電流會在R1兩端產生一個電壓，并設置AD8657放大器(A2)的同相輸入端電壓。A2 AD8657使環路閉合，并將反相輸入端電壓拉至與同相輸入端相同的電壓。因此，流過R1的電流以10倍的系數鏡像到R2。這可以通過公式3表示： IOUT?= IR2?= (VDAC/RSENSE?) × ( R1/R2) (3) VDAC 的范圍為0 V至5 V，因此該電路產生的電流輸出范圍為0 mA至20 mA。 AD5621是一款12位DAC，屬于 nanoDAC 系列，采用基準電壓源ADR125的5 V輸出電壓工作。它有一個片內精密輸出緩沖器，該緩沖器能夠提供軌到軌輸出擺幅，因此其動態輸出范圍非常高。電源電壓為5 V時，AD5621消耗的電源電流為75 μA（典型值）。 此外，本電路解決方案需要一個軌到軌輸入放大器。雙通道運算放大器AD8657是絕佳選擇，具有低功耗和軌到軌特性。在額定電源電壓和輸入共模電壓范圍內，該運算放大器的工作電源電流為22 μA（典型值）。它還提供出色的單位電流噪聲和帶寬性能。AD8657是功耗最低的放大器之一，工作電源電壓最高可達18 V。 ADR125是一款精密、微功耗、低壓差(LDO)基準電壓源。輸入電壓為18 V時，靜態電流僅95 μA（典型值）。之所以首選LDO基準電壓源，是因為它能使從控制單元到執行器的環路電線承受更多壓降。為了保持穩定，ADR125的輸出端需要一個0.1 μF小電容。另外再并聯一個0.1 μF至10 μF電容可以提高負載瞬態響應性能。雖然輸入電容不是必需的，但建議使用。輸入端可以串聯一個1 μF至10 μF的電容，以改善電源電壓突然變化時的瞬態響應性能。再并聯一個0.1 μF電容同樣有助于降低電源噪聲。 還需要旁路電容（圖1中未顯示）。本例中，每個雙通道運放的每個電源引腳上都應有一個10 μF鉭電容與一個0.1 μF陶瓷電容并聯。有關正確去耦技巧的詳細說明，請參考教程MT-101。 該電路解決方案輸出0 mA至20 mA的電流。圖2顯示在250 Ω負載電阻中測得的電路輸出電流。圖3所示為輸出電流誤差圖。 圖2. 0 mA至20 mA輸出電流 ? 圖3顯示輸出電流誤差圖，單位為滿量程范圍的百分比。最差情況下的總誤差約為0.35%，通過測量代碼256和代碼16,128之間的輸出范圍得到。 圖3. 輸出電流誤差圖 ? 圖4顯示校準輸出電流誤差圖。移除圖3中的增益和偏置誤差后，精度高于0.05%，通過測量代碼256和代碼16,128之間的輸出范圍得到。 圖4.校準輸出電流誤差圖 ? 圖3和圖4中的數據顯示零電平和滿量程時具有較大誤差，這是因為AD5641 DAC輸出緩沖器限制輸出信號何時位于任意供電軌10 mV以內所致。因此，線性度規格將代碼0和代碼255以及代碼16,129和代碼16,384之間的區域排除在外。其對應的DAC電壓輸出約為0 V至80 mV以及4.92 V至5.00 V；參考電流輸出則為0 mA至0.32 mA以及19.68 mA至20.00 mA。 測試數據利用圖6所示測試板獲得。該系統的完整文檔位于 CN-0179設計支持包 中。 CN0179 CN0179 4-20 mA低功耗、14位、過程控制電流環路發送器 圖1所示電路是一個4 mA至20 mA電流環路發送器，用于過程控制系統與其執行器之間的通信。除具有高性價比外，此電路還是業界功耗最低的解決方案。4 mA至20 mA電流環路廣泛用于采用數字或模擬輸入輸出的可編程邏輯控制器(PLC)和分布式控制系統(DCS)。電流環路接口之所以頗受青睞，是因為它能以高性價比方式進行長距離抗擾數據傳輸。低功耗雙通道運算放大器AD8657 、DACAD5621和基準電壓源ADR125 的組合，可以為微控制器和數字隔離器等更高功耗器件提供更多功耗預算。此電路輸出電流為0 mA至20 mA。4 mA至20 mA范圍一般對應表示DAC或微控制器的輸入控制范圍，0 mA至4 mA的輸出電流范圍則常用于診斷故障條件。 12位、5 V AD5621需要75 μA的電源電流（典型值）。AD8657是一款軌到軌輸入/輸出雙通道運算放大器，而且是目前業界功耗最低的放大器之一（在整個電源電壓和輸入共模范圍內，其耗電流為22 μA），工作電壓最高可達18 V。ADR125是精密微功耗5 V帶隙基準電壓源，僅需要95 μA電源電流。這三個器件總共消耗192 μA的電源電流（典型值）。 圖1. 低功耗4 mA至20 mA過程控制電流環路（原理示意圖：未顯示去耦和所有連接） ? CN0179 CN0179 | circuit note and reference circuit info 4-20 mA低功耗、14位、過程控制電流環路發送器 | Analog Devices 圖1所示電路是一個4 mA至20 mA電流環路發送器，用于過程控制系統與其執行器之間的通信。除具有高性價比外，此電路還是業界功耗最低的解決方案。4 mA至20 mA電流環路廣泛用于采用數字或模擬輸入輸出的可編程邏輯控制器(PLC)和分布式控制系統(DCS)。電流環路接口之所以頗受青睞，是因

• 低功耗4-20mA電流環路
• 12、14或16位數字控制
• 用于可編程邏輯控制器中

(analog)