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合用于带HART的PLCDCS编制的全部远隔的4通道模仿输

2020-03-24 06:45

  分析□□□□□:ADI公司的CircuitsfromtheLab®参考策画由ADI公司的工程师策画修建。每个电道的策画和构定都正经遵命圭臬工程范例□□□□□,电道的效力和功能都正在实践室处境中以室温条款实行了测试和查验。然而□□□□,您需自行担当测试电道□□□□,并确定对您是否合用。所以□□□□,ADI公司将过错因为任何出处、plc控制和dcs控制的区别任何与CircuitsfromtheLab电道衔接的物品所导致的直接、间接、出格、无意、必定或者惩办性的损害担当。

  图1所示的电道供应了一个完备的完整隔绝式高度圆活的4通道模仿输出编制□□□□□,适合工业级可编程逻辑统制器(PLC)、分散式统制编制(DCS)和其他工业经过统制运用□□□□,这些运用央求采用±5V或±10V电压和4mA至20mA电流输出□□□□,且采用HART衔接。

  通盘4通道输出和功率输入都具有瞬态过压和过流事变维持效力□□□□□,适合最卑劣的工业处境。

  CN0418电源输入电道包蕴板载滤波和维持效力□□□□□,兼容12V至36V的直流电源电压□□□□□,席卷很众PLC和DCS运用中常睹的圭臬24V电源。

  该模块兼容HART□□□,供应了一个完备的现场通讯办理计划□□□□□,轻易易用、低本钱、低功耗且极其牢靠。

  片内动态功率统制效力最大限制地低重封装正在电流输出形式下的功耗□□□□□,对付操纵众个电道的高通道数和高密度运用□□□,可能助助平静热治理方面的题目。

  地方抉择逻辑增援最众堆叠4个电道□□□□,正在单个节点上供应最众16个通道□□□,让4个输出的电源之间连结隔绝。板载电子可擦除可编程只读存储器(EEPROM)可能存储校准和标识数据。

  图1.集成变压器隔绝电源办理计划的4通道众道复用HART模仿输出电道(简化道理图□□□□□:未显示通盘衔接妥协耦)

  工业统制模块中常用几种圭臬电压和电流领域□□□□□,席卷±5V、±10V、0V至5V、0V至10V、4mA至20mA□□□□□,以及0mA至20mA。AD5755-1正在全集成、低本钱的单芯片办理计划中□□□□□,以16位区分率供应通盘这些领域。电压输出领域还供应20%的超量程性格。每个DAC通道都有一个增益和失调寄存器□□□□□,用于消逝全体信号链的增益和失调偏差。

  电流输出和电压输出通过独立引脚供应□□□□□,给依时候内仅一个输出类型处于有用形态□□□,所以容许将两个输出引脚连正在一块并接到单个端口上。当使能电流输出时□□□□□,电压输起源于三态形式;当使能电压输出时□□□□□,电流输出为三态形式。模仿输出受短道和开道维持。

  AD5755-1增援内部或外部严谨电流成立电阻用于电压-电流转换电道□□□□,如图2所示。输出电流值正在全温度领域内的平静性取决于电流成立电阻RSET值的平静性。举动升高输出电流正在全体温度领域内的平静性的一种技巧□□□,可将一个外部15kΩ低漂移电阻衔接到AD5755-1的RSET_x引脚□□□,以代替内部电阻。外部电阻通过DAC统制寄存器实行抉择。高精度衡量通过两种选项实行评估□□□□□,详睹“电道评估与测试”局限。

  AD5755-1有一个片内10ppm/°C(最大值)基准电压源。为了升高正在全体温度领域内的功能□□□□,该策画采用一个ADR02基准电压源□□□□,其最大漂移为3ppm/°C(B级□□□□,SOIC封装)。基准输入端的电压用于为DAC内核供应经缓冲的基准电压。所以□□□,任何基准电压偏差都邑响应到输出端。

  ADR02是一款5V严谨基准电压源□□□,容许高达36V的输入电压。ADR02的最大精度偏差为0.06%□□□□□,最大温度漂移为3ppm/°C(B级□□□,SOIC封装)。该漂移正在40°C至+100°C工业温度领域内会进献大约0.02%偏差。

  AD5755-1集成基于DC-DC升压转换器电道的动态功率统制效力□□□□□,正在电流输出形式下可低重功耗。大都PLC电流输出电道都采用一个固定电压源□□□,以知足全体负载电阻值领域内的顺服输出电压央求。比方□□□□,正在驱动20mA时□□□□,一个负载为750Ω的4mA至20mA环道就央求顺服电压不低于15V。但正在将20mA驱动至50Ω负载时□□□□□,则只须要1V的顺服电压。假设正在驱动50Ω负载时□□□□,15V的顺服电压连结褂讪□□□,则会滥用20mA×14V=280mW的功率。

  AD5755-1电道通过检测输出电压□□□□,医治顺服电压□□□,不管负载电阻有众大□□□□,只容许少量的裕量电压□□□□□,由此大幅低重这种功率亏损。AD5755-1最众可能将24mA驱动至1kΩ的负载。

  AD5755-1内置4个独立的DC-DC转换器□□□□,用于为各个通道的VBOOST_x电源电压供应动态统制。图3所示为AD5755-1与各通道合联的外局限立式组件。

  发起正在CDCDC之后安放一个10、100nF低通RC滤波器。固然该器件会损耗少量电能□□□□,但会淘汰VBOOST_x电源上的纹波。

  DC-DC转换器采用一种恒频、峰值电流形式统制计划□□□□,以将4.5V至5.5V的AVCC输入升压□□□□,从而驱动AD5755-1输出通道。这些转换器策画用于办事正在断续导通形式(DCM)□□□□,占空比小于90%(类型值)。

  当通道被成立采用电流输出领域时□□□□□,转换器将VBOOST_x电源的值医治到7.4V(±5%)或(IOUT_x×RLOAD+headroom)□□□□□,以较高者为准。正在电流输出形式下□□□,若输出被禁用□□□,转换器将把VBOOST_x电源医治至7.4V(±5%)。正在电压输出形式下□□□□□,若输出被禁用□□□,转换器将把VBOOST_x电源医治至15V(±5%)。相合DC-DC转换器办事情形的详情□□□□,请参睹AD5755-1数据手册。

  AD5755-1的压摆率统制性格容许用户统制输出值的转折速度。这本性格合用于电流和电压输出□□□,增援达成两种紧急效力□□□□:当输出从低值摆动至高值时□□□□□,它可能减低来自AVCC的瞬变电流□□□□□,它还可能低重对HART通讯的作对。

  通过禁用压摆率统制性格□□□□,输出值以受输出驱动电道和所连负载范围的速度转折。通过压摆率统制寄存器的SREN位使能压摆率性格后□□□,输出以压摆率统制寄存器可能探访的SR_CLOCK和SR_STEP两个参数所界说的速度□□□□,正在两个电平值之间摆动。

  AD5755-1内置ESD维持二极管□□□□□,可防御器件正在通常办事条款下受损。可是□□□□,工业统制处境不妨会使输入/输出(I/O)电道蒙受高得众的电压瞬变。为了防御AD5755-1受到过高的电压瞬变□□□□,须要把一个24V瞬变电压克制器(TVS)置于IOUT_x/VOUT_x衔接上□□□□□,如图4所示。

  为供应进一步维持□□□,IOUT_x和VOUT_x引脚与VBOOST_x和AVSS电源引脚之间衔接有钳位二极管。此外还操纵一个5kΩ限流电阻□□□,它与+VSENSE_x输入端串联□□□,用以将瞬变事变岁月的电流范围正在合理领域内。AD5700HART调制解调器发起采用包蕴150kΩ电阻的外部带通滤波器□□□,如许可能将电流范围正在足够低的秤谌□□□□,这样便无需采用特地的维持电道□□□,假使正在最厉苛的工业处境下也是这样。

  通过一个2线线接口□□□,把一个稳压工业圭臬电源(比方12V或24V直流电源)衔接到EVAL-CN0418-ARDZ电道板。plc控制和dcs控制的区别该电源务必选用阻滞和电磁作对(EMI)维持步伐□□□□□,如图5所示。

  VR1、VR2、VR3和VR4是金属氧化物压敏电阻浪涌克制器□□□□,F1是1A可复位保障丝。该电道确保参考策画编制不妨承袭电源端口不妨形成的作对和瞬变。参考《模仿对线月宣告的PLC评估板简化工业经过统制编制的策画□□□□□,理解更众音讯。

  EVAL-CN0418-ARDZ板由12V至36V直流供电□□□,诈欺板载开合稳压器向平台板供应7.5V电源□□□□□,如图6和图7所示。正在测试成立中□□□,EVAL-ADICUP3029板的供电电源为7.5V。然后□□□□□,EVAL-ADICUP3029板为IO_VREF引脚(参考图7)供应3.3V医治电压□□□□,为其余电道供应5V电压。

  ADP2441是36V降压DC-DC稳压器□□□□□,采用工业圭臬24V电源□□□,具有宽输入电压容差。ADP2441将输入电压降至7.5V(1A)用于平台板□□□□□,并诈欺Arduino兼容平台一般带有的5V稳压器为EVAL-CN0418-ARDZ其余局限供应5V电源。电道正在24V电源端还供应了滤波和维持效力。

  ADP2441的开合频率很高□□□,所以□□□,假使只用小型电感□□□,输出电压的纹波也十分小。电感的巨细需衡量功效和瞬态反响断定。小型电感会惹起较大的电感电流纹波□□□,能供应更精巧的瞬态反响□□□□,但会低重编制功效。因为ADP2441的开合频率十分高□□□□,所以发起操纵低磁芯损耗、低EMI的屏障铁氧体磁芯电感。

  正在图6所示电道中□□□,外部电阻为162kΩ时的开合频率约为550kHz。依据ADP2441数据手册抉择33μH的电感值。该电道通过螺丝端子衔接到12V至36V的现场电源。EARTH端子可能衔接到外部大地衔接□□□□□,如若未操纵外部大地衔接□□□□,则可衔接到GND端子。功率电感、压敏电阻、功率二极管和1.1A保障丝为高压瞬变事变供应特地的输入维持。

  隔绝电源由LT8301非光学隔绝反激式转换器形成。具有4抽头二次绕组的变压器供应隔绝□□□,并形成+16V、16V和+5V电源。通过对原边反激式波形采样来医治输出电压□□□,无需采用光学隔绝器、辅助检测绕组或其他隔绝反应技巧。

  LT8301被用于医治众重输出电道中负载最大的输出。AD5755-1给出了+16V电源、16V电源和+5V供电轨的一系列加载条款。外1显示正在各式负载条款下□□□□□,知足AD5755-1央求的电源电压。

  AD5755-1具有较宽的电源电压领域□□□□□,但将电道集成到客户编制之前□□□,务必先对实在行统统评估。验证LT8301正在通盘平常负载、阻滞条款下□□□□□,以及正在预期的输入电源电压领域内□□□□□,正在AD5755-1数据手册列出的容许领域内□□□□,连结隔绝电源医治。

  AD5755-1有四个CHARTx引脚□□□,区别对应于四个输出通道。HART信号可能耦合至这些引脚□□□,并崭露正在对应的电流输出端(假设该输出已使能)。外2给出了CHARTx引脚上的HART信号的保举输入电压。假设操纵这些电压□□□□□,电流输出应契合HART幅度央求。图8所示为将HART信号衰减和耦合至AD5755-1HART输入的保举电道。

  为了确保1.2kHz和2.2kHzHART频率不会正在输出端大幅衰减□□□,C1+C2务必抵达某一最小值。保举值为□□□:C1=22nF□□□□□,C2=47nF。为了抵达HART的模仿转折速度央求□□□,务必以数字形式统制输出的压摆率。

  ADuM3151和ADuM3482为3.75kV四通道数字隔绝器□□□,采用小型20引脚SSOP封装(7.2mm×7.8mm)。隔绝器内核办事电压领域为3.0V至5.5V□□□□,而I/O电源领域为1.8V至5.5V。这些器件可用于直接与1.8V逻辑器件接口。此策画中的ADuM3151隔绝来自AD5755-1的SPI信号和和管控ADG759四通道众道复用器地方行的GPIO信号□□□,ADUM3482则隔绝AD5700-1HART调制解调器的UART信号。拼接电容是通过重叠内部平面正在印刷电道板(PCB)内部达成的□□□□,以淘汰EMI辐射和板噪声。相合EMI缓解本事的更众音讯□□□□,请参考AN-0971运用札记“isoPower器件的辐射统制发起”。

  操纵变压器隔脱节合电源□□□□,测试AD5755-1的积分非线数据手册将电流输出和电压输出正在全体温度领域内的INL都规矩为±0.006%FSR□□□□,无论采用的是内部RSET照样外部RSET。图9和图10显示□□□□□,实测结果完整正在该规矩领域之内。

  正在电流输出形式下□□□□□,plc控制和dcs控制的区别操纵内部RSET时□□□□□,AD5755-1的总非安排偏差(TUE)为±0.11%FSR(最大值□□□,25°C)。ADR02参考(B级)的总偏差为0.06%(最大值□□□□,25°C)。

  外3所示为通道A电道正在4mA至20mA领域内的实测电流输出偏差□□□□□,个中□□□,负载为500□□□,操纵的是内部RSET。外3总结通道A的结果(操纵内部RSET)□□□□,但它可代外通盘4个通道。整个结果均位于预期值领域内。

  对电压输出形式实行了相似的衡量□□□□,个中AD5755-1TUE额定值为±0.03%FSR(最大值□□□□□,25°C)。外4所示为通道A的结果。剩下的三个通道结果与其相同。

  要与HART兼容□□□,电道务必契合HART物理层范例。HART范例文档中包蕴了浩繁物理层范例。为了评估硬件功能□□□,本电道札记中商讨的两项规格为缄默岁月的输出噪声和模仿转折率。

  当HART器件没有实行传输(缄默)时□□□,不应将HART扩展频带中噪声耦合到汇集上。噪声过高不妨会作对筑设自身或汇集上其它筑设对HART信号的收受。

  对付正在500Ω负载上测得的电压噪声□□□□□,其包蕴的HART扩展频带中的宽带噪声和合联噪声总和不行高出2.2mVrms。其余□□□□,该频带外的噪声不应高出138mVrms。

  此噪声通过正在500Ω负载上衔接HCF_TOOL-31滤波器(可从HART通讯基金会取得)并将滤波器输出衔接到真均方根衡量仪来衡量。用示波器来检讨输出波形。

  这一本事范例可确保当筑设医治电流时□□□□□,模仿电流的最大转折率不会作对HART通讯。电流的阶跃转折会烦扰HART信号。最差情形下的模仿输出电流转折必定不行形成高于15mV峰值电压的作对□□□,此数值正在HART扩展频带下□□□□,通过对500Ω负载实行衡量取得。契合这一央求可确保模仿信号的最大带宽处于规矩的直流至25Hz频带中。

  对付该测试□□□□□,HCF_TOOL-31再次衔接500负载□□□□□,就如缄默岁月噪声测试中雷同;同时将一个示波器衔接至其输出端。此次□□□,不是将AD5755-1输出设为一个固定的输出电流□□□□□,而是将AD5755-1编程为输出周期波形□□□□,从4mA切换至20mA。为了抵达央求的编制规格□□□□□,通过AD5755-1的数字压摆率统制效力对输出电流转折幅度实行范围。合于此性格的注意分析□□□□□,请参阅AD5755-1数据手册。正在该测试中□□□,SR_CLOCK和SR_STEP区别设为64kHz和16LSB□□□□,取得64ms的压摆时候。结果如图13所示。通道1显示AD5755-1IOUT_A正在4mA至20mA领域内的信号阶跃□□□□,这是正在500负载下检测的□□□,而且衔接到带通滤波器的输入端。滤波器的输出(增益系数为10)可正在通道2上看到。峰值正在前面提到的150mV峰值限值之内。

  对付只须求电流输出的运用□□□□□,AD5757可用于取代AD5755-1。假设须要的区分率低于16位□□□□,则AD5737可操纵12位的。

  对付靠拢或以AD5755-1的最大电流运转的运用□□□□□,请操纵DC2906A演示手册中显示的电源办理计划(基于LT8302)□□□□,它供应更高的输出功率。

  可用AD5700调制解调器代替AD5700-1□□□□□,但须要一个外部晶振或者CMOS时钟□□□□□,由于AD5700并不具备AD5700-1供应的内部振荡器选项。详睹AD5700数据手册和AD5700-1数据手册。

  对付单通道运用□□□□,请参阅电道札记CN0321“具有HART衔接的完整隔绝、单通道电压、4mA至20mA输出”。

  所供应的软件面向EVAL-ADICUP3029平台□□□□,但其策画也可轻松移植到其他微统制器平台。移植到其他平台时□□□□□,请务必统统检讨硬件兼容性□□□□,席卷电压电镇静效力。

  图17.P9和P10的默认并联跳线职位;双列直插式(DIP)开合□□□,处于“开”职位

  5.操纵号召行隔绝次序(比方Putty、Telnet或TeraTerm)掀开串行终端窗口。

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