CN0325

使用4引脚或6引脚端子板的PLC/DCS通用模拟输入
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电路功能与优势

X+

图1所示电路提供两个16位全隔离式通用模拟输入通道,适用于可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)模块。两个通道均支持软件编程,以及多种电压、电流范围和热电耦、RTD类型,具体如图1所示。输入通道提供±30 V直流过压条件保护。



图1.通用模拟输入通道概览

演示板含有两个不同的全隔离式通用输入通道,一个带4引脚端子板(CH2),一个带6引脚端子板(CH1)。对于4引脚端子板(CH2),电压、电流、热电偶和RTD输入全部共用相同的4个端子,从而最大限度地减少了所需端子引脚的数量。对于6引脚端子板通道(CH1),电压和电流输入共用一组3个端子,热电偶和RTD输入共用另一组3个端子;这需要更多端子,但其器件数量较少,元件成本也较低。图2所示为PCB照片,图3所示为电路的详细原理图。



图2.通用模拟输入板



图3.功能框图(简化原理图:未显示所有连接和去耦)

电路描述

X+

AD7795 低噪声、16位Σ-Δ ADC搭载片内仪表放大器和基准电压源,用于数据转换应用。片内仪表放大器和电流源为RTD和热电偶测量提供了一种完整的解决方案。对于电压和电流输入, AD8226仪表放大器(其CMR大于90 dB)用于提供高输入阻抗,抑制共模干扰。通过一个精密电阻分压器将电压和电流信号缩放至ADC的范围之内。

ADR441 是一款超低噪声、低压差 XFET® 2.5 V基准电压源,用作ADC的基准电压源。

对于4引脚端子板通道(CH2),使用 ADG442、低 RON 防闩锁开关来在电压、电流、热电偶和RTD输入模式之间切换。

ADuM1311三通道数字隔离器也用在4引脚端子板电路中,用于隔离ADG442开关的控制线路。数字和电源隔离采用 ADuM3471实现,这是一款PWM控制器和变压器驱动器,搭载四通道隔离器,用于基于外部变压器产生±15 V隔离式电源。

ADP2441 36 V降压DC-DC稳压器对输入电源的容限较宽,是可接受24 V工业电压的理想之选。最高可接受36 V电源,因而更有利于实现对电源输入进行可靠的瞬变保护。ADP2441将输入电压降至5 V,以驱动ADuM347以及所有其他控制端电路。电路在24 V电源端还提供了外部保护功能。

ADP2441还具有其他各种安全性/可靠性功能,如欠压闭锁(UVLO)、精确使能特性、电源良好引脚和过流限值保护。还可以在24 V输入、5 V输出配置中实现最高90%的效率。


硬件


图2所示为含4引脚端子板的通道位置以及含6引脚端子板的通道位置。同时显示了24 V电源输入的位置。



图4.通道位置

通道选择


需要插入并切换跳线,以配置CH1和CH2之间的电源和SPI信号,如表1所示。

 表1.通道选择配置设置


链路编号 数字功能 选择CH1(6引脚端子板)的链路位 选择CH2(4引脚端子板)的链路位
 JK0  5V 电源  CH1  CH2
 JK1  SCLK  CH1
 CH2
 JK2  /CS  CH1
 CH2
 JK3  Din  CH1
 CH2
 JK4  Dout  CH1
 CH2
 JK11  TEMP_CS  未插入  已插入


电源配置


用24 V电源来驱动评估板的控制器端。也可使用5 V电源,旁路ADP2441电路。该5 V输入不具有任何过压保护功能,不得超过6 V。所用电源应通过J4链路选项进行配置,如表2所示。

   表2.外部电源配置设置


选择24V输入(默认)的链路位 选择5V输入(默认)的链路位
J4  VCC1 VCC2

对于隔离栅的模拟输入端,有两种选项可用于驱动模拟电路的5 V稳压电源。可使用 ADP1720线性稳压器将15 V电源降至5 V,也可使用ADuM3471的内置5 V稳压器。两种选项的链路配置如表3所示。

  表3.现场5V电源配置设置

  ADP1720 5V稳压器(默认)的链路位 ADuM3471 5V稳压器的链路位
J3 Vreg  Vaum 
J9 Vreg  Vaum 

CH2:4引脚端子板通道

输入连接器



图5. CH2输入连接器

电压和电流


P12连接器用于电压和电流输入连接。图11和图12所示为该输入连接和配置的简化原理图。支持的差分输入范围为:0 V至5V、0 V至10V、±5V、±10 V、0 mA至20 mA、4 mA至20 mA和±20 mA。在V1+和V1–之间连接电压或电流输入,因为电流输入会同时把V1+和I1引脚短接在一起。这样就连接了一个249 Ω精密电流检测电阻,其精度为0.1%,额定值为0.25 W。


热电偶


P12连接器也用于热电偶输入。可以连接多种热电偶类型,包括J、K、T和S。热电偶连接于V1+和V1-输入之间(图5)。下面的图6所示为将热电偶(例如,T型)连接到通用型模拟输入板的方法。热电偶输入的简化原理图见图13。



图6. CH2热电偶连接器

RTD


P12、P13连接器用于RTD输入。硬件可以支持1000 Ω和100 Ω铂RTD输入。对于3线模式,两条通用线连接至V1+和V1–,回路连接至Vm (见图5)。下面的图7所示为将3线RTD传感器连接到通用型模拟输入板的方法。RTD输入的简化原理图见图14。



图7. CH2 RTD连接器

CH1:6引脚端子板通道


输入连接器



图8. CH1通道输入连接器。简化输入示意图见图13。

电压和电流


P10连接器用于电压和电流输入连接。支持的差分输入范围为:0 V至5 V、0 V至10V、±5V、±10V、0 mA至20 mA、4 mA至20mA和±20 mA。在V1+和V1–之间连接电压或电流输入(见图13),尽管对于电流输入,同时还要把V1+和I1引脚短接在一起,这样就连接了一个249 Ω精密电流检测电阻,其精度为0.1%,额定值为0.25 W。


热电偶


P11连接器用于热电偶输入。可以连接多种热电偶类型,包括J、K、T和S。热电偶连接于V+和V-输入之间(图8)。下面的图9所示为将热电偶(此例为T型)连接到通用型模拟输入板的方法。



图9. CH1热电偶连接器

RTD


P11连接器也用于RTD输入。硬件可以支持1000 Ω和100 Ω铂RTD输入。对于3线模式,两条共用线连接至V+和V–,回路连接至Vm (见图8)。下面的图10所示为将3线RTD传感器连接到通用型模拟输入板的方法。



图10. CH1 RTD连接器

简化输入电路示意图



图11. CH2简化电压输入示意图



图12. CH2简化电流输入示意图



图13. CH2简化热电偶输入示意图



图14. CH2简化RTD输入示意图



图15. CH1简化输入示意图

For a description of the software operation, please refer to the PDF file for CN0325.

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产品

描述

可提供样片的
产品型号

AD7795 6通道、低噪声、低功耗、16位Σ-Δ型ADC,内置片内仪表放大器和基准电压源

AD7795BRUZ

ADR441 超低噪声、2.5V LDO XFET®基准电压源,具有吸电流和源电流能力

ADR441ARMZ

ADR441ARZ

ADUM1311 三通道数字隔离器

ADUM1311ARWZ

ADUM1311BRWZ

ADG442 LC2MOS 四通道单刀单掷开关

ADG442BRZ

AD8226 宽电源电压范围、轨到轨输出仪表放大器

AD8226ARMZ

AD8226ARZ

ADT7310 ±0.5°C精度、16位数字SPI温度传感器

ADT7310TRZ

ADP2441 36 V、1 A同步降压DC-DC调节器

ADP2441ACPZ-R7

ADUM3471 隔离式开关稳压器(3/1通道方向性)

ADUM3471ARSZ

ADUM3471CRSZ

ADUM3471WARSZ

ADUM3471WCRSZ

ADP1720 50 mA、高压、微功耗线性稳压器

ADP1720ARMZ-3.3-R7

ADP1720ARMZ-5-R7

ADP1720ARMZ-R7

ADP1720TRMZ-EP

ADP1720TRMZ3.3EPR7

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