CN0063

采用AD5662 DAC、ADuM1401数字隔离器和外部放大器的16位全隔离电压输出模块
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电路功能与优势

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本电路提供一种完整的工业控制输出模块解决方案。该设计适合需要提供双极性输出电压范围的过程控制可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)。AD5662 nanoDAC®是一款5 V、16位DAC,采用SOT-23封装。ADuM1401四通道数字隔离器则提供微控制器与DAC之间所需的全部信号隔离。本电路还含有标准外部保护功能,且经过测试和验证,完全符合IEC 61000标准。



图1. 16位隔离式工业控制电压输出模块(原理示意图)


电路描述

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对于工业控制模块,模拟输出电压范围通常为±5 V、±10 V、0 V至5 V或0 V至10 V。AD5662提供0 V至5 V输出,经过两个增益和失调级之后,可在上述各种范围内提供16位分辨率。跳线(图中显示为开关)用来切换不同的输出范围。本设计选择OP2177主要因为其具有低噪声和失调性能,以及双极性电压能力。

本电路选择ADR02 为基准电压源。它具有出色的温度漂移特性,最大值为9 ppm/°C。它的输入范围最高达36 V,因此也经常用于工业应用。

ADuM1401是一款采用ADI公司iCoupler®技术的四通道数字隔离器。它可用来在AD5662与系统微控制器之间实现隔离,隔离额定值为2.5 kV(均方根值)。可以用三条线将标准SPI接口与AD5662相连:SYNC、SCLK和DIN。



图2. INL精度曲线(0 V至+10 V输出范围)


图2所示为AD5662采用外部基准电压源ADR02时,电路输出端的输出误差曲线(积分非线性)。结果显示了%FSR(满量程范围)与输入码的函数关系。

 

本设计还含有外部保护功能(如标准保护二极管和TVS器件等),且成功通过测试,符合IEC 61000标准,如表1所示。关于外部保护技术的详细讨论,请参考Colm Slattery、Derrick Hartmann和Li Ke合作撰写的“PLC评估板简化工业过程控制系统设计”一文(《模拟对话》,43-04,2009年4月)。

表1. 符合IEC标准

 

 测试项目  描述  结果
 EN & IEC 61000-4-2  静电放电(ESD),±4 kV VCD  最大偏差:0.32%(CH3. Class B)
 静电放电(ESD),±8 kV HCD  最大偏差:0.28%(CH3. Class B)
 EN & IEC 61000-4-3  辐射抗扰度80 MHz 至 1 GHz(10 V/m),垂直天线极化  最大偏差:0.09%(CH1),0.30%(CH3. Class B)
 辐射抗扰度80 MHz 至 1 GHz(10 V/m),水平天线极化  最大偏差:–0.04%(CH1),0.22%(CH3. Class B)
 辐射抗扰度1.4 GHz 至 2 GHz(3 V/m),垂直天线极化  最大偏差:0.01%(CH1),-0.09%(CH3. Class B)
 辐射抗扰度1.4 GHz 至 2 GHz(3 V/m),水平天线极化  最大偏差:0.01%(CH1),0.09%(CH3. Class B)
 EN & IEC 61000-4-4  电快速瞬变(EFT) ±2 kV电源端口  最大偏差:–0.12%(CH3. Class B)
 电快速瞬变(EFT) ±1 kV信号端口  最大偏差:–0.02%(CH3. Class A)
 EN & IEC 61000-4-5  电源线突波,±0.5 kV  未发生电路板或器件损坏情况,符合Class B要求
 EN & IEC 61000-4-6  对电源线执行抗扰度测试,10 V/m、5分钟  最大偏差:0.09%(CH3. Class B)
 对I/O电缆执行抗扰度测试,10 V/m、5分钟  最大偏差:–0.93%(CH3. Class B)
 EN & IEC 61000-4-8  磁场抗扰度,水平天线极化  最大偏差:–0.01%(CH3. Class A)
 磁场抗扰度,垂直天线极化  最大偏差:–0.02%(CH3. Class A)



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产品型号

AD5662 2.7-5.5V、16位nanoDAC®转换器,采用SOT-23封装

AD5662ARJZ-1500RL7

AD5662ARMZ-1

AD5662BRJZ-1500RL7

AD5662BRJZ-1REEL7

AD5662BRJZ-2500RL7

AD5662BRMZ-1

ADR02 超紧凑、5.0 V精密基准电压源

ADR02AKSZ-REEL7

ADR02ARZ

ADR02AUJZ-REEL7

ADR02WARZ-REEL7

OP2177 精密、低噪声、低输入偏置电流双通道运算放大器

OP2177ARMZ

OP2177ARZ

ADUM1401 四通道数字隔离器(3/1通道方向性)

ADUM1401ARWZ

ADUM1401BRWZ

ADUM1401CRWZ

ADUM1401WSRWZ

ADUM1401WTRWZ