兩個(gè)模擬組件滿足可編程的模擬輸出解決方案

某些可編程邏輯控制器（PLC）和分布式控制系統(tǒng)（DCS）應(yīng)用需要功能齊全，靈活，可編程的模擬輸出解決方案。圖1所示的電路可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。它只有兩個(gè)模擬組件，可滿足PLC和DCS應(yīng)用的大多數(shù)要求。 AD5660-1具有低功耗（2.8 mW @ 5 V），軌到軌輸出，16位nanoDAC?，與AD5750-1工業(yè)電流/電壓輸出驅(qū)動器相結(jié)合，可提供所有典型的電流和電壓輸出范圍16位分辨率，無失碼，0.05％線性度，小于0.1％輸出誤差。該電路還包含用于工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵特性，例如片上輸出故障檢測，防止數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤（PEC）的CRC校驗(yàn)和靈活的上電選項(xiàng)，使其成為穩(wěn)健工業(yè)控制系統(tǒng)的理想選擇。無需外部精密電阻或校準(zhǔn)程序即可在批量生產(chǎn)中保持一致的性能，從而使其成為PLC或DCS模塊的理想選擇。

圖1：單通道的基本模擬輸出電路（簡化原理圖，所有連接和保護(hù)電路未顯示）。

電路描述

AD5750/AD5750-1是單通道，低成本，精密電壓/電流輸出驅(qū)動器，專為滿足工業(yè)過程控制應(yīng)用的要求而開發(fā)。電壓輸出范圍可針對PLC和DCS應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)輸出范圍進(jìn)行編程：0 V至5 V，0 V至10 V，-5 V至+5 V和-10 V至+10 V. 20％標(biāo)準(zhǔn)范圍還提供超量程設(shè)置，提供以下選項(xiàng)：0 V至6 V，0 V至12 V，-6 V至+6 V和-12 V至+12 V.

電流輸出，可在單獨(dú)的引腳上提供，編程范圍為4 mA至20 mA，0 mA至20 mA，-20 mA至+20 mA，0 mA至24 mA和-24 mA至+24 mA 。單極范圍具有2％的超范圍設(shè)置。由于AD5750/AD5750-1電流輸出可以提供電流或吸收電流，因此可以連接各種傳感器或執(zhí)行器。如果需要，可以將電壓和電流輸出引腳連接在一起，將終端系統(tǒng)配置為單通道輸出。

AD5660-1是一款單通道，低成本，低功耗，軌到軌電壓緩沖輸出，nanoDAC集成了片上1.25 V，5 ppm/°C基準(zhǔn)電壓源。 AD5660-1內(nèi)置一個(gè)上電復(fù)位電路，可確保DAC輸出上電至0 V并保持該狀態(tài)，直至發(fā)出有效的寫命令。

AD5660-1 DAC與AD5750-1驅(qū)動器之間的接口非常簡單，無需外部元件。 AD5660-1的輸出電壓范圍為0 V至2.5 V，與AD5750-1的輸入范圍相匹配。此外，AD5660-1的基準(zhǔn)輸出電壓為1.25 V，精確匹配AD5750-1的基準(zhǔn)輸入要求。

用于PLC和DCS應(yīng)用的設(shè)備通常需要ESD保護(hù)和過壓保護(hù)，遠(yuǎn)高于正式推薦的規(guī)范。 AD5750-1在每個(gè)引腳內(nèi)部集成了ESD保護(hù)二極管，可防止3 kV瞬態(tài)損壞（人體模型）。但是，工業(yè)控制環(huán)境會使I/O電路受到更高的瞬態(tài)影響。外部30 V，600 W瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）; 50 mA，30 V PolySwitch; EVAL-CN0203-SDPZ電路板內(nèi)置有功率肖特基二極管，可提供更高電壓的ESD保護(hù)，50 mA過流和30 V過壓保護(hù)?？蛇x的外部保護(hù)電路未在圖1的簡化原理圖中顯示，但可以在CN0203設(shè)計(jì)支持包中的詳細(xì)原理圖（EVAL-CN0203-SDPZ-SCH pdf文件）中找到。

電路必須在具有大面積接地平面的多層PC板上構(gòu)建。必須使用適當(dāng)?shù)牟季?，接地和去耦技術(shù)來實(shí)現(xiàn)最佳性能（參見教程MT-031，接地?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和解開“AGND”和“DGND”之謎以及教程MT-101，去耦技術(shù)）。

測量

積分非線性（INL），微分非線性（DNL）和輸出誤差是PLC，DCS和其他過程控制系統(tǒng)最重要的規(guī)范。 AD5750-1具有高度靈活和可配置的輸出范圍，可根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行定制。電路的INL，DNL和輸出誤差的測量分別如圖2，3和4所示。該數(shù)據(jù)是在25°C的電壓輸出模式下使用內(nèi)部電流檢測電阻獲得的。 AD5750-1范圍設(shè)置為0 V至5 V.表1列出了所有其他范圍的測試結(jié)果。

圖2：0V至5 V輸出范圍的INL。

圖3：0 V至5 V輸出范圍的DNL。

圖4：0 V至5 V輸出范圍的輸出誤差。

表1中顯示的測試結(jié)果是在25°C下使用由Agilent E3631A直流電源供電的EVAL-CN0203-SDPZ板進(jìn)行的，并使用Agilent 34401A數(shù)字萬用表進(jìn)行測量。

請注意，輸出范圍為0 mA至20.4 mA和0 mA至24.5 mA均由客戶進(jìn)行調(diào)整，以精確匹配0 mA至20 mA和0 mA至24 mA范圍。 0 mA至+24.5 mA范圍內(nèi)的0.24％FSR輸出誤差測量包括增益誤差，可通過客戶校準(zhǔn)消除。

范圍電流檢測電阻INL（LSB）線性度（％FSR）輸出誤差（％FSR）0 V至5 V無需關(guān)注7.1 0.011 0.05 0 V至10 V無需關(guān)注6.1 0.009 0.05 -5 V至+5 V無所謂6.2 0.009 0.04 -10 V至+10 V無需關(guān)注6.8 0.010 0.04 0 V至6 V無需關(guān)注6.9 0.010 0.05 0 V至12 V無需關(guān)注5.3 0.008 0.09 -6 V至+6 V無需關(guān)注8.0 0.012 0.06 -12 V至+12 V無需關(guān)注7.4 0.011 0.08 -2.5 V至+2.5 V無需關(guān)注5.6 0.008 0.05 4 mA至20 mA內(nèi)部6.3 0.010 0.07 4 mA至20 mA外部6.2 0.010 0.07 0 mA至20 mA內(nèi)部5.8 0.009 0.06 0 mA至20 mA外部5.7 0.009 0.06 0 mA至24 mA內(nèi)部5.4 0.008 0.07 0 mA至24 mA外部5.5 0.008 0.06 -20 mA至+20 mA內(nèi)部8.8 0.013 0.05 -20 mA至+20 mA外部9.3 0.014 0.05 -24 mA至+24 mA內(nèi)部9.2 0.014 0.05 -24 mA至+24 mA外部10.1 0.015 0.04 3.92 mA至+20.4 mA內(nèi)部6.7 0.010 0.03 0 mA至+20.4 mA內(nèi)部7.6 0.012 0.05 0 mA至+24.5 mA內(nèi)部3.4 0.007 0.24

表1：測試結(jié)果所有輸出范圍。

常見變化

AD5620（12位）和AD5640（14位）與AD5660引腳兼容，適用于不需要16位分辨率的應(yīng)用。

對于多通道應(yīng)用，AD5623R（12位），AD5643R（14位）和AD5663R（16位）是雙nanoDAC器件，AD5624R（12位），AD5644R（14位），和AD5664R（16位）是四通道nanoDAC器件。

AD5751是一款單極性模擬輸出驅(qū)動器，可使用50 V AVDD電源提供40 V輸出。

電路評估和測試

所需設(shè)備（等效物可替代）

系統(tǒng)演示平臺（EVAL-SDP-CB1Z）

CN- 0203電路評估板（EVAL-CN0203-SDPZ）

CN-0203評估軟件

用于控制外部測試測量設(shè)備的軟件（不包括在CD中）

Agilent 34401A 6.5數(shù)字萬用表

Agilent E3631A 0 V至6 V/5 A; ±25 V/1 A三路輸出直流電源

帶USB接口的PC（Windows?2000或Windows XP）

National Instruments GPIB轉(zhuǎn)USB-B接口和電纜

使用入門

將CN-0203評估軟件光盤放入PC的CD驅(qū)動器中，以加載評估軟件。使用“我的電腦”，找到包含評估軟件光盤的驅(qū)動器，然后打開自述文件。按照自述文件中的說明安裝和使用評估軟件。

功能框圖

圖5顯示了測試設(shè)置的功能框圖。 pdf文件“EVAL-CN0203-SDPZ-SCH”包含CN-0203評估板的詳細(xì)電路原理圖。該文件包含在CN-0203設(shè)計(jì)支持包中。

設(shè)置

將EVAL-CN0203-SDPZ電路板上的120針連接器連接到EVAL-SDP-CB1Z評估（SDP）板上標(biāo)有“CON A”或“CON B”的連接器。使用尼龍硬件牢固固定兩塊板，使用120針連接器末端提供的孔。成功將直流輸出電源設(shè)置為+15 V，-15 V和+6 V輸出后，關(guān)閉電源。

關(guān)閉電源后，將+15 V電源連接到CN1標(biāo)記為“+15 V”的引腳，將-15 V電源連接到CN1標(biāo)記為“-15 V”和“GND”的引腳“CN1的引腳標(biāo)有”GND“。以相同的方式將+6 V連接到CN2。打開電源，然后將USB電纜與SDP板連接到PC上的USB端口。注意：在打開EVAL-CN0203-SDPZ的直流電源之前，請勿將USB電纜連接到SDP板上的mini USB接口。

圖5：測試設(shè)置功能框圖。

跳線說明設(shè)置功能JP1設(shè)置AD5750-1的地址短接Pin1的地址為AD5750的地址：b‘001將Pin3的地址與AD5750的地址短接Pin3：b’000 JP2設(shè)置外部補(bǔ)償電容短路增加1 nF補(bǔ)償電容開口去除1 nF補(bǔ)償電容JP3 VSENSE +設(shè)置短路短路VSENSE +內(nèi)部VOUT開路VSENSE +內(nèi)部沒有VOUT連接JP4 VSENSE-設(shè)置短路短路VSENSE-內(nèi)部帶GND開路VSENSE-內(nèi)部無GND連接JP5短路VOUT和

IOUT引腳短路將VOUT和IOUT短接在一起。打開VOUT和IOUT沒有內(nèi)部連接JP6設(shè)置AD5750-1的CLEAR模式

短路清除到中間電平打開清除到零電平

測試

安裝測試設(shè)備后，將標(biāo)有“VOUT”的CN3引腳或標(biāo)有“IOUT”的CN4引腳連接到Agilent 34401A的輸入端。確保Agilent 34401A前面板上的電纜連接正確，具體取決于不同的輸入信號類型（電流或電壓）。測試INL，DNL和總誤差將花費(fèi)相當(dāng)長的時(shí)間，因?yàn)?4401A必須設(shè)置和測量所有AD5660-1 16位DAC電平。

CD上提供的軟件允許通過PC設(shè)置DAC代碼。需要一個(gè)自動測試程序來逐步執(zhí)行代碼并分析數(shù)據(jù)。這不在CD上提供，但必須由客戶實(shí)施，以符合測試設(shè)置中使用的特定萬用表的要求。

在圖5所示的測試配置中，34401A萬用表的GPIB輸出使用National Instruments GPIB到USB-B接口和電纜連接到PC上的第二個(gè)USB端口。這允許將對應(yīng)于每個(gè)代碼的萬用表讀數(shù)加載到PC中的Excel電子表格中。然后使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義分析數(shù)據(jù)的INL，DNL和總誤差。