《電子技術(shù)應用》
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具有保護功能、適用于過程控制模擬輸出的精密、穩(wěn)健解決方案

2021-04-25
作者:David Forde - 應用工程師 Claire Croke - 應用工程師 Jean McAdam - 戰(zhàn)略營銷經(jīng)理
來源:ADI 公司

工業(yè)過程需要對執(zhí)行器進行精準而穩(wěn)健的控制,以便管理流量、溫度和壓力等過程參數(shù)。精密模擬輸出模塊,即所謂可編程邏輯控制器(PLC)或分布式控制系統(tǒng)(DCS),可產(chǎn)生用于控制此類執(zhí)行器的電壓或電流輸出。這些模塊需要在惡劣的工業(yè)環(huán)境中提供穩(wěn)定、可靠、精確的輸出。

ADI公司的單通道16位I/V輸出DACAD5423和過壓保護SPST開關(guān)ADG5401F的組合,符合此類控制需求,能夠滿足模擬輸出模塊的要求。

精密

精密是AD5423的一個主 要特性。在電壓輸出模式下,25°C時的TUE低至±0.01%(整個溫度范圍為±0.05%),典型輸出漂移為0.35 ppm FSR/°C。在電流輸出模式下,25°C時的TUE也是±0.01%,典型輸出漂移為2 ppm FSR/°C。所有輸出模式下的差分非線性(DNL)為±1 LSB,保證單調(diào)性。

精密開關(guān)ADG5401F的導通電阻(RON)為6Ω,集成了輔助反饋通道,用于將通道IOUT/VOUT連接至AD5423的+VSENSE輸入,這樣就消除了任何與ADG5401F導通電阻變化相關(guān)的誤差。ADG5401F在整個溫度范圍內(nèi)的最大導通漏電流為40 nA。對于16位4 mA至20 mA電流輸出DAC,此漏電流不足1 LSB,輸出信號鏈的精度不受影響,動態(tài)范圍可最大化。

穩(wěn)健

ADG5401F過壓保護SPST開關(guān)用在AD5423 DAC的模擬輸出上,在通電和無電狀態(tài)下均能提供過壓保護。ADG5401F的源極(S)和源反饋(SFB)引腳可承受最高±60 V的過壓。

這將保護精密模擬輸出節(jié)點不會因為系統(tǒng)掉電、接線錯誤、電源時序等問題而損壞。圖1詳細顯示了模擬輸出模塊中應如何連接AD5423和ADG5401F。

 

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圖1.AD5423和ADG5401F配置

 

ADG5401F電源設(shè)置過壓故障閾值,如果源極引腳(S或SFB)上的電壓超過ADG5401F電源電壓,則認為發(fā)生故障,主開關(guān)通道和輔助反饋通道將自動斷開。

當開關(guān)通道在故障期間斷開時,任何大的故障電流都會被禁止流回DAC輸出和系統(tǒng)電源。在過壓事件期間沒有大的故障電流流動,因此系統(tǒng)功耗不再受故障功耗約束,系統(tǒng)電源所需的設(shè)計工作量得以減少。ADG5401F允許系統(tǒng)移除輸出信號路徑中的限流電阻,該電阻在某些應用中可能引起負載裕量問題。

ADG5401F集成一個防開環(huán)開關(guān)。如果VOUT/IOUT節(jié)點遭受過壓信號,ADG5401F將啟動過壓保護模式,主通道和輔助反饋通道開關(guān)均會斷開。與此同時,內(nèi)部防開環(huán)開關(guān)(D和DFB之間的內(nèi)部連接)將閉合。該防開環(huán)開關(guān)使DAC輸出反饋環(huán)路保持完整,并防止DAC將輸出鉗位到電源軌。

為實現(xiàn)高壓瞬變保護,例如IEC 61000-4-2 ESD、IEC 61000-4-4電快速瞬變脈沖群(EFT)和IEC 61000-4-5浪涌,應使用分立電阻和瞬變電壓抑制(TVS)器件實施類似圖2所示的電路。將電阻放在系統(tǒng)的反饋環(huán)路內(nèi),使電阻不會給系統(tǒng)輸出增加任何誤差。

圖片2.jpg

 

圖2.ADG5401F電路圖

表1.高壓瞬變保護

截圖20210425211819.png

診斷

AD5423內(nèi)置一個12位內(nèi)部診斷ADC,可以提供關(guān)于用戶可選輸入(例如電源、地、內(nèi)部裸片溫度和基準電壓源)的診斷信息。

片內(nèi)診斷寄存器包含用于指示各種故障情況的標志,以及因為任何故障而觸發(fā)的FAULT引腳。電壓輸出模式下會監(jiān)視短路檢測,電流輸出模式下會監(jiān)視開路檢測。AD5423還提供循環(huán)冗余校驗(CRC),可對接收到的數(shù)據(jù)進行校驗;如果當前數(shù)據(jù)包看起來不正確,則觸發(fā)FAULT引腳。它還提供溫度監(jiān)控功能,如果芯片溫度超過設(shè)定的限值,就會記錄故障。

圖片3.jpg

圖3.AD5423功能框圖

結(jié)論

AD5423和ADG5401F相互配合,共同提供工業(yè)過程應用所需的精密性和穩(wěn)健性。AD5423的16位I/V輸出可提供現(xiàn)代模擬輸出模塊所需的精確控制信號,而ADG5401F則能保持該精度,并在惡劣環(huán)境中提供強大的保護以防止外部影響造成系統(tǒng)失效或者精度降低。

作者簡介

David Forde于2006年畢業(yè)于卡羅理工學院,獲集成電路設(shè)計專業(yè)理學學士學位,畢業(yè)后即加盟ADI公司,任布局工程師。2011年,他畢業(yè)于利默里克大學,獲VLSI系統(tǒng)專業(yè)工程碩士學位;2015年,他加盟儀器儀表與精密技術(shù)事業(yè)部,任應用工程師,為模擬開關(guān)和多路復用產(chǎn)品系列提供支持。

Claire Croke于1999年加入ADI公司,目前在愛爾蘭精密開關(guān)和多路復用器部門擔任營銷工程師。Claire之前在ADI公司精密轉(zhuǎn)換器應用團隊工作。她畢業(yè)于愛爾蘭利默里克大學,獲電子工程學士學位。

Jean McAdam是ADI公司過程控制和自動化戰(zhàn)略營銷經(jīng)理。在此之前,她負責ADI平臺客戶評估解決方案的營銷活動,并擔任軟件系統(tǒng)工程師兼軟件開發(fā)人員。她畢業(yè)于利默里克大學,獲電子和計算機工程學士學位。


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