某些可編程邏輯控制器(PLC)和分布式控制系統(tǒng)(DCS)應用需要功能齊全，靈活，可編程的模擬輸出解決方案。圖1所示的電路可以實現(xiàn)這一點。它只有兩個模擬組件，可滿足PLC和DCS應用的大多數(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/電壓輸出驅動器相結合，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)應用的關鍵特性，例如片上輸出故障檢測，防止數(shù)據(jù)包錯誤(PEC)的CRC校驗和靈活的上電選項，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程序即可在批量生產中保持一致的性能，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/電流輸出驅動器，專為滿足工業(yè)過程控制應用的要求而開發(fā)。電壓輸出范圍可針對PLC和DCS應用的標準輸出范圍進行編程：0 V至5 V，0 V至10 V，-5 V至+5 V和-10 V至+10 V. 20%標準范圍還提供超量程設置，提供以下選項：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基準電壓源。 AD5660-1內置一個上電復位電路，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的基準輸出電壓為1.25 V，精確匹配AD5750-1的基準輸入要求。
用于PLC和DCS應用的設備通常需要ESD保護和過壓保護，遠高于正式推薦的規(guī)范。 AD5750-1在每個引腳內部集成了ESD保護二極管，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電路板內置有功率肖特基二極管，可提供更高電壓的ESD保護，50 mA過流和30 V過壓保護?？蛇x的外部保護電路未在圖1的簡化原理圖中顯示，但可以在CN0203設計支持包中的詳細原理圖(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板上構建。必須使用適當?shù)牟季郑拥睾腿ヱ罴夹g來實現(xiàn)最佳性能(參見教程MT-031，接地數(shù)據(jù)轉換器和解開“AGND”和“DGND”之謎以及教程MT-101，去耦技術)。
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)應用需求進行定制。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部電流檢測電阻獲得的。 AD5750-1范圍設置為0 V至5 V.表1列出了所有其他范圍的測試結果。
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中顯示的測試結果是在25°C下使用由Agilent E3631A直流電源供電的EVAL-CN0203-SDPZ板進行的，并使用Agilent 34401A數(shù)字萬用表進行測量。
請注意，輸出范圍為0 mA至20.4 mA和0 mA至24.5 mA均由客戶進行調整，以精確匹配0 mA至20 mA和0 mA至24 mA范圍。 0 mA至+24.5 mA范圍內的0.24%FSR輸出誤差測量包括增益誤差，可通過客戶校準消除。
范圍電流檢測電阻INL(LSB)線性度(%FSR)輸出誤差(%FSR)0 V至5 V無需關注7.1 0.011 0.05 0 V至10 V無需關注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無需關注6.8 0.010 0.04 0 V至6 V無需關注6.9 0.010 0.05 0 V至12 V無需關注5.3 0.008 0.09 -6 V至+6 V無需關注8.0 0.012 0.06 -12 V至+12 V無需關注7.4 0.011 0.08 -2.5 V至+2.5 V無需關注5.6 0.008 0.05 4 mA至20 mA內部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內部6.7 0.010 0.03 0 mA至+20.4 mA內部7.6 0.012 0.05 0 mA至+24.5 mA內部3.4 0.007 0.24
表1：測試結果所有輸出范圍。
常見變化
AD5620(12位)和AD5640(14位)與AD5660引腳兼容，適用于不需要16位分辨率的應用。
對于多通道應用，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顯示了測試設置的功能框圖。 pdf文件“EVAL-CN0203-SDPZ-SCH”包含CN-0203評估板的詳細電路原理圖。該文件包含在CN-0203設計支持包中。
設置
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置為+15 V，-15 V和+6 V輸出后，關閉電源。
關閉電源后，將+15 V電源連接到CN1標記為“+15 V”的引腳，將-15 V電源連接到CN1標記為“-15 V”和“GND”的引腳“CN1的引腳標有”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：測試設置功能框圖。
跳線說明設置功能JP1設置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設置外部補償電容短路增加1 nF補償電容開口去除1 nF補償電容JP3 VSENSE +設置短路短路VSENSE +內部VOUT開路VSENSE +內部沒有VOUT連接JP4 VSENSE-設置短路短路VSENSE-內部帶GND開路VSENSE-內部無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沒有內部連接JP6設置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
安裝測試設備后，將標有“VOUT”的CN3引腳或標有“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和總誤差將花費相當長的時間，因為34401A必須設置和測量所有AD5660-1 16位DAC電平。
CD上提供的軟件允許通過PC設置DAC代碼。需要一個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，但必須由客戶實施，以符合測試設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USB端口。這允許將對應于每個代碼的萬用表讀數(shù)加載到PC中的Excel電子表格中。然后使用行業(yè)標準定義分析數(shù)據(jù)的INL，DNL和總誤差。
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