回路の説明

回路機能とその利点

この回路は工業用制御出力モジュールの完全なソリューションを提供します。これは、標準の4mA-20mA電流出力とユニポーラまたはバイポーラの出力電圧範囲を必要とする、プロセス制御におけるプログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）と分散制御システム（DCS）に適した設計となっています。16ビットDACのAD5422は、必要とするあらゆる出力をソフトウェアで構成することが可能で、工業用環境で有用な多くの診断機能を内蔵しています。ADuM1401はマイクロコントローラとDAC間におけるすべての信号の絶縁を提供します。また、この回路は標準的な外部保護回路を含んでおり、IEC61000仕様に完全に準拠したテストと検証が行われています。

回路説明

工業用制御モジュールでの、標準的なアナログ電圧出力と電流範囲は、±5V、±10V、0V～5V、0V～10Vと4mA-20mA、0mA-20mAです。AD5422は、高精度の全機能内蔵の16ビットD/Aコンバータで、工業用プロセス・コントロール・アプリケーションの要求にミートするように設計された、プログラマブル電流源出力とプログラマブル電圧出力を提供します。

出力の電流範囲は、図1に示したように4mA-20mA、0mA-20mAあるいは0mA-24mAの全体に渡る範囲のいずれかにプログラムすることができます。電圧出力は、別のピンによって提供され、0～5 V、0～10 V、±5 V、あるいは±10Vの出力範囲の構成が可能となっています。すべての電圧範囲では10%のオーバーレンジが可能となっています。アナログ出力は短絡とオープン回路から保護され、1µFの容量負荷と1Hのインダクタ負荷をドライブすることが可能となっています。

デフォルトでは、AD5422のDVCCピンは2.7V～5.5Vの電源電圧を許容します。 一方DVCC　SELECTピンに内部用4.5V電源をつないで、DVCCピンをシステム内の他のデバイスとのデジタル電源として、またはプルアップ抵抗用の終端として使うことができます。このときのモードでは、DVCCから可能な最大電流は5mAとなります。ここでの設計では、DVCC出力は、デジタル・アイソレータADuM1401のフィールド側の電源として使われています。

ADuM1401は、アナログ・デバイセズのiCoupler®技術に基づく、4チャンネルのデジタル・アイソレータです。これは、AD5422とシステム側のマイクロコントローラ間を、2.5kVrmsの絶縁定格で、絶縁するために使われています。4本の線全てがAD5422に標準SPIインターフェースとして使われています。3本の伝送（LATCH、SCLK、SDIN）ラインと1本の受信（SDO）ラインです。

AD5422は10ppm/℃のリファレンスを内蔵しています。温度範囲全域にわたる高性能のために、ここでの設計では外部に5VリファレンスのADR445を使っています。この製品は0.04%の最大精度誤差と3ppm/℃の最大温度ドリフトを備えています。このドリフトを含めた場合工業用温度範囲にわたる誤差は約0.02%になります。

図2では、外部リファレンスADR445を使った場合のAD5422の出力誤差プロットを示しています。このデータは標準の0V～10V出力範囲にわたる電圧誤差をFSR（フルスケール範囲）の%で表わしています。　

この設計では、外部保護（標準的な保護ダイオードやTVS素子など）を含んでおり、表1に示したIEC61000規格でのテストを満たしました。 外部保護の技法についてのより詳細な検討については、Colm Slattery, Derrick Hartmann, Li Ke著「PLC Evaluation Board Simplifies Design of Industrial Process Control Systems」Analog Dialogue　Vol.43　No.04、2009月4月号を参照してください。

表1.　IEC仕様の結果

この回路に使用されている製品＆サンプル: