電路功能與優(yōu)勢
該電路提供一款完整的、完全隔離、模擬輸出通道，適合需要標(biāo)準(zhǔn)4mA至20 mA HART?1-兼容型電流輸出和單極性/雙極性輸出電壓范圍的可編程邏輯控制器(PLC)和分布式控制系統(tǒng)(DCS)模塊。它為通道間隔離PLC/DCS輸出模塊或其他所有需要完全隔離式模擬輸出的工業(yè)應(yīng)用提供了靈活的構(gòu)建塊。電路在模擬輸出端還提供了外部保護(hù)功能。
AD5422 16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)可通過軟件配置，提供全部必須的電流和電壓輸出。
AD5700-1是業(yè)界功耗最低、尺寸最小的 HART兼容型IC調(diào)制解調(diào)器，與 AD5422配合使用，組成完整的HART兼容型4 mA至20 mA解決方案。 AD5700-1集成內(nèi)部精密振蕩器，可額外節(jié)省空間，尤其在通道間隔離應(yīng)用中。
PLC/DCS 解決方案必須與本地系統(tǒng)控制器隔離，使之免受接地環(huán)路影響，同時(shí)確保不受外部事件影響。傳統(tǒng)解決方案利用分立IC提供電源和數(shù)字隔離。當(dāng)需要多通道隔離時(shí)，分立電源解決方案的成本和空間會(huì)變成一個(gè)大大的缺點(diǎn)?；诠飧綦x器的解決方案通常具有合理的輸出調(diào)節(jié)，但需要額外的外部元件，因而會(huì)使電路板面積增大。電源模塊常常體積龐大，而且輸出調(diào)節(jié)可能不佳。圖1中的電路使用 ADuM347x系列隔離器和電源調(diào)節(jié)電路，以及相應(yīng)的反饋隔離。使用外部變壓器將功率傳輸?shù)礁綦x柵的另一端。
ADuM3482為 AD5700-1提供UART信號隔離。
ADP2441, 是36 V降壓DC-DC穩(wěn)壓器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)24 V電源，具有寬輸入電壓容差。它可將電壓降為5 V，為所有控制器側(cè)電路供電。該電路還在24 V電源端集成了標(biāo)準(zhǔn)外部保護(hù)，同時(shí)還可提供+36 V至?28 V的直流過壓保護(hù)。
圖1.功能框圖(原理示意圖：未顯示所有連接和去耦)
電路描述
模擬輸出
對于工業(yè)控制模塊，標(biāo)準(zhǔn)模擬輸出電壓和電流范圍包括 ±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 。 AD5422是一款精密的、全集成 16 位 DAC，內(nèi)置可編程電流源和可編程電壓輸出，設(shè)計(jì)用于滿足工業(yè)過程控制應(yīng)用的需要。
AD5422提供前面列出的所有輸出范圍，電流輸出范圍和電壓輸出范圍分別以獨(dú)立引腳提供。針對所有電壓范圍提供 10% 超量程功能，并且針對電流輸出提供 0 mA 至 20 mA 超量程。模擬輸出受短路和開路保護(hù)。
AD5422具有一個(gè)片上 10 ppm/°C 基準(zhǔn)電壓源。為了在額定溫度范圍內(nèi)達(dá)到更高的性能，該設(shè)計(jì)使用了 ADR02 基準(zhǔn)電壓源。 ADR02是一款 5 V 精密基準(zhǔn)電壓源，允許高達(dá) 36 V 的輸入電壓。其最大精度誤差為 0.05% ，最大溫度漂移為 3 ppm/°C 。該漂移在工業(yè)溫度范圍內(nèi)會(huì)貢獻(xiàn)大約 0.02% 誤差。
AD5422支持以內(nèi)部或外部精密電流設(shè)置電阻作為電流輸出電路。本設(shè)計(jì)使用內(nèi)部電流檢測電阻選項(xiàng);但通過使用精密外部 15 kΩ電阻，可達(dá)到更高的精度。
通過浮空 AD5422的 DV CC SELECT 引腳，內(nèi)部 4.5 V 電源可連接至 DV CC 引腳，用于 AD5700-1的數(shù)字電源和隔離器的現(xiàn)場端。也可使用 ADuM3471上的 5 V 輸出型低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器。 LDO 提供更緊湊的 5 V 穩(wěn)壓供電軌;但由于 ADuM3471穩(wěn)壓器輸入引腳上的絕對最大額定值，它不允許高于 20 V 的直流過壓。
HART 兼容性
AD5700-1與 AD5422搭配使用，組成完整的 HART 兼容型 4 mA 至 20 mA 解決方案。 AD5700-1是 0.5% 精密內(nèi)部振蕩器，可極大節(jié)省在通道間隔離的應(yīng)用中的板上空間;這類應(yīng)用原本需要針對每通道使用時(shí)鐘晶體。晶體通常比 AD5700-1 IC 本身要大;因此，內(nèi)部振蕩器節(jié)省下來的面積空間是巨大的。
HART 調(diào)制解調(diào)器輸出通過 C1 和 C2 衰減，并通過 CAP2 引腳交流耦合至 AD5422。其他信息參見 AN-1065 應(yīng)用筆記 . Circuit Note CN-0278。電路筆記CN-0278 描述了一種使用 R SET 引腳的替代 HART 耦合方式，具有更高的電源抑制性能，但需要使用一個(gè)外部精確電流設(shè)置電阻。
