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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概览

电路笔记PDF, 06/2014 (pdf, 0)

优势和特点
  • PLC/DCS通用输入模块
  • 4引脚或6引脚端子板
  • 完全隔离
  • 16位Σ-Δ型ADC
    应用: 
  • 可编程逻辑控制和分布式控制系统
设计资源
评估硬件
Part numbers with "Z" indicate RoHS Compliance.
评估此款电路所需的评估板
  • EVAL-CN0325-SDPZ ($ 150.00) PLC/DCS Universal Analog Input Using Either 4 or 6 Pin Terminal Block
  • EVAL-SDP-CB1Z ($ 99.00) Eval Control Board
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设备驱动
Software, such as C code and/or FPGA code, used to communicate with a component's digital interface.
连接支持
This circuit supports 3rd party connectivity.

电路功能与优势

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

AD7795 低噪声、16位Σ-ΔADC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 ADuM3471 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24V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。

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。

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。

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249Ω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1000Ω和100Ω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.

此电路中所用产品:

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
AD8226 宽电源电压范围、轨到轨输出仪表放大器 AD8226ARZ AD8226ARMZ
ADG442 LC2MOS 四通道单刀单掷开关 ADG442BRZ
ADP1720 50 mA、高压、微功耗线性稳压器 ADP1720ARMZ-3.3-R7 ADP1720ARMZ-5-R7 ADP1720ARMZ-R7
ADP2441 36 V、1 A同步降压DC-DC调节器 ADP2441ACPZ-R7
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
ADT7310 ±0.5°C精度、16位数字SPI温度传感器 ADT7310TRZ
ADUM1311 三通道数字隔离器 ADUM1311ARWZ ADUM1311BRWZ
ADUM3471 隔离式开关稳压器(3/1通道方向性) ADUM3471WARSZ ADUM3471ARSZ ADUM3471WCRSZ ADUM3471CRSZ
评估硬件
评估此款电路所需的评估板
产品型号 描述 报价 RoHS 查看库存/
购买/样片
EVAL-CN0325-SDPZ PLC/DCS Universal Analog Input Using Either 4 or 6 Pin Terminal Block $ 150.00 Yes
EVAL-SDP-CB1Z Eval Control Board $ 99.00 Yes
所示报价为单片价格。所列的美国报价单仅供预算参考,指美元报价(每片美国离岸价),如有修改,恕不另行通知。由于地区关税、商业税、汇率及手续费原因,国际报价可能不同。
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