CN0364 需要高信道數(shù)據(jù)速率時，ADC可以使用AD7175-2。AD7175-2支持最高250 kSPS 的數(shù)據(jù)速率，具有最高50 kSPS 的信道切換速率。AD7175-2可以在250 kSPS數(shù)據(jù)速率下實現(xiàn)17.2無噪聲位的分辨率。除了更高的數(shù)據(jù)率外，AD7175-2的特性與AD7173-8類似。 應(yīng)用中隔離電源的功率高于150 mW 時，可以使用 ADuM540x 或 ADuM347x。ADuM540x 采用 isoPower 技術(shù)，可提供高達(dá)500 mW的隔離電源。ADuM347x驅(qū)動外部分立變壓器，高達(dá)70%的效率提供高達(dá)2W的功率。 圖1中所示的電路使用EVAL-CN0364-SDPZ評估板和EVAL-SDP-CB1Z SDP控制器板。 EVAL-CN0364-SDPZ評估板具有PMOD兼容的端子，可與外部控制器板集成。 CN-0364評估軟件與SDP板通訊，并對EVAL-CN0364-SDPZ評估板進(jìn)行配置并從其獲取數(shù)據(jù)。? 所需設(shè)備 需要以下設(shè)備： 帶有USB端口的PC機(jī)，windows Vista (32位) 或Windows7 (32位) EVAL-CN0364-SDPZ 電路評估板 EVAL-SDP-CB1Z SDP 控制器板 CN-0364 評估軟件 精密電壓和電流源 電源：直流5.5 V至36 V，500mA 啟動 安裝CN-0364評估軟件，軟件可在 ftp://ftp.analog.com/pub/cftl/CN0364 下載。請按照屏幕上的提示安裝和使用本軟件。從 CN-0364 軟件用戶指南中可獲取更多詳細(xì)信息。 功能框圖 圖7為測試設(shè)置的功能框圖。 圖7.測試設(shè)置功能框圖 設(shè)置 通過一個120針的匹配連接器連接EVAL-CN0364-SDPZ評估板和EVAL-SDP-CB1Z SDP板。CN-0364評估軟件和SDP板允許使用PC機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 可以連接CN-0267 電路(一個完整的帶有HART接口，4 mA至20 mA環(huán)路供電現(xiàn)場儀表)，來方便測試HART物理層功能。CN-0267硬件響應(yīng)CN-0364評估軟件中的HART指令。 外部控制器也可以通過SPI和UART通信的PMOD頭來與評估板通信并為其供電。 精密電壓和電流源可用作模擬前端的輸入來進(jìn)行系統(tǒng)性能評估。 圖8是EVAL-CN0364-SDPZ評估板的照片。 圖8.EVAL-CN0364-SDPZ評估板照片 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換由24位Σ-Δ模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) AD7173-8 來完成。AD7173-8可由軟件配置，允許8路全差分或16路單端輸入通道，通過內(nèi)置交叉多路復(fù)用器提供極大的靈活性。AD7173-8采用小型6 mm × 6 mm LFCSP封裝，是空間尺寸受限場合下的一個理想選擇。內(nèi)部時鐘和精密2.5 V電壓基準(zhǔn)減少了外部組件，進(jìn)一步節(jié)省了空間。四個可編程通用輸出引腳(GPIO0，GPIO1，GPO2，GPO3)允許控制外部多路復(fù)用器，因此可以控制切換多路HART接口，從而減少從處理器/控制器的額外連線。AD7173-8具有內(nèi)部校準(zhǔn)寄存器，可以編程來提供全輸入路徑上的偏置和增益校準(zhǔn)。 AD5700-1是業(yè)內(nèi)最低功率、最小封裝、HART兼容的調(diào)制解調(diào)器，與電流輸入通道一起形成HART兼容的，4 mA到20 mA接收器解決方案。AD5700-1包括一個內(nèi)部精密振蕩器，可以額外節(jié)省空間，尤其是在隔離應(yīng)用中。 ADG704 多路復(fù)用器提供多路電流輸入通道與HART之間的連接。 ADuM5211將兩個數(shù)據(jù)通道(Tx，Rx)隔離，并且通過集成的isoPower?技術(shù)提供了5 V電源隔離。 ADuM3151 PIsolator提供串行外圍接口(SPI)隔離，時鐘速率可以高達(dá)17 MHz(B級)，同時可隔離三個附加的數(shù)據(jù)通道。 ADP2441 是36 V，降壓調(diào)節(jié)器，可接受工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)24 V電源供電，具有寬輸入電壓。ADP2441將輸入電壓降至5 V，為所有控制器側(cè)電路供電。該電路還包括標(biāo)準(zhǔn)24 V輸入端外圍保護(hù)。 ? 圖1. PLC/DCS四通道電壓和電流輸入前端(簡化原理圖：未顯示所有連接及去耦電路) 電壓輸入電路 圖2顯示通道1的電壓輸入網(wǎng)絡(luò)。? ? ? 圖2.電壓輸入等效電路(簡化)? ? 該電路為差分輸入，支持最高輸入范圍為±10 V，并允許具有±5 V的共模電壓。輸入阻抗約為900 kΩ，高值的R1和R2在高電壓瞬變期間也可以對輸入進(jìn)行保護(hù)。 R1、R2、R3和R4電阻形成差分電阻分壓器。這些電阻的匹配對電路的直流精度至關(guān)重要。推薦單點校準(zhǔn)以消除初始誤差。多點校準(zhǔn)可用來消除溫漂影響。評估板R1、R2、R3和R4的默認(rèn)安裝為0.1%，25 ppm/°C的電阻。 R5、R6電阻設(shè)置ADC的共模電壓。 AD7173-8 具有允許輸入0 V至3.9 V電壓范圍。+2.2 V的偏置電壓于輸入的分壓電阻配合，將±10 V輸入信號進(jìn)行偏置和衰減，使得在ADC輸入端，信號變?yōu)橐? V共模電壓為中心，幅值為±1.1 V的信號。 輸入共模噪聲濾波由R1||R3/C1和R2||R4/C2提供，大約200 kHz。差模噪聲濾波由R1||R3，R2||R4和C3提供，大約20 kHz。 表1總結(jié)了四個電壓輸入通道的參數(shù)。 表1.電壓輸入電路參數(shù)(基于最壞的情況計算的最大值) 參數(shù) 數(shù)值 單位 測試條件/注釋 輸入阻抗 分壓比 903 0.11 k? 02 kΩ和49.9 kΩ的電阻分壓 源于電阻的始誤差 0.18 %FSR max 25°C，未校正，假定0.1%電阻 源于輸入漏電流的誤差 ±0.01 %FSR ±10 V范圍，AD7173-8，±2 nA典型漏電流 源于電阻漂移的誤差 18 ppm/°C max ppm/°C max? 假定10 ppm/°C電阻 假定5 ppm/°C電阻 源于基準(zhǔn)電壓漂移的誤差 10 ppm/°C max 內(nèi)部基準(zhǔn) 共模 ±5 V 數(shù)據(jù)速率 31.25 1.55 6.25 kSPS kSPS SPS 1輸入使能(±10 V，14.7位無噪聲分辨率) 4通道，每通道完全穩(wěn)定，sinc5+1濾波(±10 V，14.7位無噪音分辨率) 4通道，每通道完全穩(wěn)定，50 Hz/60 Hz抑制，(±10 V，18.8位無噪音分辨率) 輸入濾波 20 200 kHz kHz 差模 共模 電流輸入電路 圖3顯示通道1的電流輸入網(wǎng)絡(luò)。 ? 圖3.電流輸入等效電路(簡化) ? 該電路具有四個電流輸入的通道，支持最大輸入范圍0 mA到24 mA。電路輸入阻抗是250 Ω，輸入?yún)⒖紴榈亍Ｊ褂靡粋€100 Ω精密電流檢測電阻，因此24 mA輸入產(chǎn)生2.4 V，在AD7173-8的2.5 V(使用內(nèi)部的2.5 V電壓參考)輸入范圍之內(nèi)。評估板默認(rèn)安裝電阻為0.1%，10 ppm/°C電阻。 ADC輸入分為兩個輸入路徑。快速輸入路徑用于不使用HART的通道，低速輸入路徑用于使用HART的通道。 快速輸入路徑允許Σ-Δ ADC的信號輸入全帶寬的信號。也可能使用內(nèi)部sinc濾波器濾除1.2 kHz和2.2 kHz的HART頻率。然而，使用sinc濾波器需要在400 SPS數(shù)據(jù)速率(sinc3濾波器篩選)下運行相關(guān)通道，這將增加所有四個通道所需的轉(zhuǎn)換時間。 慢輸入通道包含16 Hz雙極點濾波器，濾掉1.2 kHz和2.2 kHz的HART數(shù)字信號頻率。使用此輸入，Σ-Δ ADC可以仍然運行在快速數(shù)據(jù)速率下，同時濾除HART數(shù)字信號頻率。所有四個通道的轉(zhuǎn)換時間不會增加。如果所有通道的HART不全使能，ADC運行在快速數(shù)據(jù)率下尤其有用。 表2中總結(jié)了電流輸入線路參數(shù)。 表2.電流輸入線路參數(shù)(基于最壞情況計算的最大值) 參數(shù) 數(shù)值 單位 測試條件/注釋 輸入阻抗 250 ? 接地 源自電阻的誤差 N/A1 %FSR max 每個RSENSE 電阻規(guī)格 源自電阻漂移的誤差 N/A1 ppm/°C max 每個 RSENSE 電阻規(guī)格 源自基準(zhǔn)漂移的誤差 10 ppm/°C max 內(nèi)部基準(zhǔn) 數(shù)據(jù)速率 31.25 1.55 6.25 kSPS kSPS SPS 使能1輸入(14.8位無噪聲編碼分辨率，用于0 mA到20 mA) 4個通道，每通道完全穩(wěn)定，sinc5+1的濾波(14.8位峰峰值分辨率，用于0 mA到20 mA) 4個通道，每通道完全穩(wěn)定，50 Hz/60 Hz抑制(18.1位峰峰值分辨率，用于0 mA到20 mA) 輸入濾波器 27 16 kHz Hz 快速輸入 提供HART濾波的低速輸入 1 N/A = 不適用 HART輸入和輸出電路 圖4顯示了HART輸入和輸出電路。 圖4. HART輸入與輸出電路(簡化) HART的功能是在四個電流輸入通道間進(jìn)行復(fù)用。通過兩個 ADG704 多路復(fù)用器(圖4中SW1和SW2)，實現(xiàn)HART輸入和輸出網(wǎng)絡(luò)在四個通道上共享。 HART輸入電路由R3、C1、C2、R4、R5組成的HART帶通濾波器組成。AD5700-1 的數(shù)據(jù)手冊有此濾波器的描述。每個通道使用一個開關(guān)(SW1)來將HART輸入線路切換到HART激活通道。每個通道上都有一個150 kΩ的電阻(R3)，它是帶通濾波器的一部分，同時給開關(guān)SW1提供了額外的保護(hù)。HART輸入直接連接到電流輸入端，以確保AD5700-1的ADC_IP引腳可以接收到正確的電壓電平。 每個通道使用一個開關(guān)SW2來將HART輸出線路切換到激活通道。電容C3用來耦合HART信號。需要仔細(xì)選擇R1、C3、R6，R7的組合，以確保AD5700-1的HART_OUT引腳的電壓在25 Hz、4 mA至20 mA的輸入信號(對于HART使能器件，代表最快的可允許速率)下不低于GND。 圖5.供電電路(簡化原理圖：未顯示所有的連接) ? 電源電路 評估板由5.5 V至36 V直流電源供電，并使用板上開關(guān)穩(wěn)壓器為系統(tǒng)提供5 V電壓，如圖5所示。在測試設(shè)置中，5 V電壓為 EVAL-SDP-CB1Z 演示平臺(SDP)評估板供電。EVAL-SDP-CB1ZSDP板提供VIO的3.3V電壓。 即使使用小尺寸電感，ADP2441 的高開關(guān)頻率也能夠提供最小的輸出電壓紋波。電感尺寸的選擇需要在效率和瞬態(tài)響應(yīng)之間權(quán)衡。小電感會引起大的電感電流紋波，可提供良好的瞬態(tài)響應(yīng)，但效率會降低。由于ADP2441的高開關(guān)頻率，建議使用屏蔽的鐵氧體磁芯電感，因為此類電感的鐵芯損耗和電磁干擾(EMI)都低。 圖5電路中，開關(guān)頻率大約為1 MHz，由88.7 kΩ外部電阻設(shè)定。12 μH的電感(線藝LPS6235-123MLC)是按照ADP2441數(shù)據(jù)手冊的表8進(jìn)行選擇的。 該電路通過螺絲端子連接到5.5 V至36 V的供電電源。EARTH端可以與外部的大地連接，不使用外部接地時刻連接至GND端子。 功率電感(DR73-102-R)，壓敏電阻(V56ZA3P，56 V)，功率二極管(S2A-TP，50 V)和一個1.1 A的保險絲提供額外的輸入電壓瞬變保護(hù)。 噪聲測試 短接每個通道的輸入端子進(jìn)行系統(tǒng)噪聲的評估，這樣會使得每個輸入通道的差分電壓為零，且每個電流輸入通道的輸入接地。輸入短路時采集數(shù)據(jù)，從樣本數(shù)中計算代碼的分布和無噪聲編碼分辨率。 可使用 CN-0364 評估軟件來進(jìn)行噪聲試驗。可以得到每個通道代碼的分布和無噪聲編碼分辨率，數(shù)據(jù)顯示在直方圖中。圖6直方圖是由通道1電壓輸入采集的樣本數(shù)據(jù)。 圖6.通道1電壓輸入、輸入短路，偏置到參考電壓，31.25 kSPS，Sinc5+1濾波器，2000個采樣(15.8位無噪聲編碼分辨率) HART測試 HART功能進(jìn)行測試按照HART物理層測試規(guī)范(HCF-試驗-2)進(jìn)行。該電路滿足HART物理層的要求。有關(guān)HART規(guī)格的更多細(xì)節(jié)可以直接從HART通信基金會獲取。 ADC輸入對HART 1.2 KHz和2.2 KHz信號的抑制進(jìn)行了測試。表3顯示測試結(jié)果。 表3. 1.2KHz和2.2 KHz HART頻率的抑制 操作模式 頻率(kHz) 抑制(dB) 低速輸入路徑，31 kSPS Sinc5 + 1濾波 1.2 2.2 60.5 66.5 快速輸入路徑，400 SPS Sinc3濾波 1.2 2.2 ≥74.4 66.6 EVAL-CN0364-SDPZ 評估板的完整設(shè)計支持包，包括原理圖、BOM和布局，可以從 www.analog.com/CN0364-DesignSupport下載。 CN0364 PLC/DCS四通道電壓和電流輸入，兼容HART 圖1所示電路提供了一個完整的全隔離、高靈活性的四通道模擬輸入系統(tǒng)，適用于需要多電壓輸入、HART兼容、4 mA至20 mA電流輸入等要求的可編程邏輯控制器(PLCs)和分布式控制系統(tǒng)(DCS)。 此模擬輸入電路是為分組隔離的工業(yè)模擬輸入而設(shè)計，可支持的電壓和電流輸入范圍包括±5 V、±10 V、0 V至+5 V、0 V至+10 V、+4 mA至20 mA和0 mA至+20 mA。 該電路由標(biāo)準(zhǔn)的24 V總線供電，并產(chǎn)生一個隔離的5 V系統(tǒng)供電電壓。 cn0364 CN0364

• 四通道電壓和電流輸入
• 完全隔離
• 兼容HART

(analog)