Reference Circuits for Process Control
Reference Circuits for Process Control
ADI engineers have built, tested, and verified Circuits from the Lab™ reference circuits to address today's common design challenges, including those encountered in process control systems.
Reference circuits may include:
- Test data
- Schematics, BOM, PCB layout files
- Device drivers
- Circuit evaluation hardware
Download the Process Control reference circuits brochure (pdf)
Reference Designs
CN0180
标准单端工业信号电平（±5 V、±10 V或0 V至+10 V）与现代高性能16位或18位单电源SAR型ADC的差分输入范围并不直接兼容，需要使用适当的接口驱动电路对工业信号进行衰减、电平转换和差分转换，使其具有与ADC输入要求相匹配的正确幅度和共模电压。
虽然可以利用电阻网络和双通道运放来设计适当的接口电路，但电阻的比率匹配误差和放大器之间的误差会形成最终输出端的误差。特别是在低功耗水平上，实现所需的输出相位匹配和建立时间可能非常困难。
图1所示电路采用差分放大器 AD8475 执行衰减、电平转换和差分转换，无需任何外部元件。其交流和直流性能兼容18位、1 MSPSAD7982 PulSAR® ADC以及该系列的其它16/18位产品，采样速率可高达4 MSPS。
AD8475是一款全差分衰减放大器，集成精密薄膜增益设置电阻，可提供精密衰减（0.4×或0.8×）、共模电平转换、单端差分转换及输入过压保护等功能。采用5 V单电源供电时，其功耗仅为15 mW。18位、1 MSPS AD7982的功耗仅为7 mW，比竞争产品低30倍。该组合的总功耗仅为22 mW。
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工业自动化技术(IAT)
- 现场仪器仪表
- 可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)
航空航天和防务
- 航空电子产品和解决方案
- 无人飞行器(UAV)系统
- Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Systems
CN0204
图1所示电路是一种全功能、高压（最高44 V）、灵活、可编程的模拟输出解决方案，它满足可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)应用的大部分要求。
AD5662 是一款低功耗(0.75 mW @ 5 V)、轨到轨输出、16位nanoDAC®器件，AD5751 是一款工业电流/电压输出驱动器，二者的输入和输出电压范围以及基准电压要求完全一致。
ADR444是一款低漂移（B级最大值为3 ppm/°C）、高初始精度（B级最大值为0.04%）、低噪声（典型值1.8 μV p-p，0.1 Hz至10 Hz）基准电压源，为AD5751和AD5662提供基准电压，保证电路具有超低噪声、高精度、低温漂特性。该电路提供所有典型的电流和电压输出范围、16位分辨率且无失码、0.05%的线性度以及小于0.2%的总输出误差。
ADuM1301 和ADuM5401在微控制器与模拟信号链之间提供所需的全部信号隔离。ADuM5401 还提供5 V隔离电源。该电路还具有一些支持工业应用的重要特性，如片内输出故障检测、用于防止分组错误(PEC)的CRC校验以及灵活的上电选项等，非常适合构建鲁棒的工业控制系统。在大批量生产中，它无需外部精密电阻或校准程序就能保持一致的性能，因而是PLC或DCS模块的理想选择。
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工业自动化技术(IAT)
- 现场仪器仪表
- 可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)
CN0157
图1所示电路提供一种高动态范围4通道同步采样系统，它具有高串扰隔离度和灵活的采样速率，所需外部器件极少，能够轻松连接到DSP或FPGA。该电路的4个Σ-Δ型ADC AD7765采用菊花链配置，因此到数字主机的连接数量被减至最少。AD7765完全集成差分输入/输出放大器和基准电压缓冲器，所需的外部器件数量得以显著减少。
使用同步采样配置的AD7765可提供以下优点：
- 通道间串扰隔离度优于单芯片集成多个24位ADC的解决方案。
- 在156 kSPS时的动态范围为112 dB。
- 支持更多或更少的通道数。
- 支持多种SYNC控制（彼此之间可以存在相移）。
- 双抽取速率（128和256）和灵活的采样时钟能够处理宽输入带宽范围。
图1. 4个菊花链连接的AD7765 ADC实现同步采样（原理示意图，未显示去耦和所有连接）
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仪器仪表和测量解决方案
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- RF信号分析仪和矢量网络分析仪解决方案
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工业自动化技术(IAT)
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CN0202
图1所示电路是一种全功能、灵活、可编程的模拟输出解决方案，它满足可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)应用的大部分要求。AD5662 低功耗（0.75 mW @ 5 V）、轨到轨输出、16位nanoDAC® 转换器和 AD5750工业电流/电压输出驱动器的基准电压要求和输入输出电压完全匹配。ADR444 低漂移（B级最大为3 ppm/°C）、高初始精度（B级最大为0.04%）和低噪声（1.8 μV p-p典型值，0.1 Hz至10 Hz）特性，能够同时为AD5750和AD5662提供基准电压，确保超低噪声、高精度、低温漂。这种电路具有16位分辨率、无失码、0.05%线性度和低于0.2%的总输出误差，提供所有典型电压和电流输出范围。
该电路还具有一些支持工业应用的重要特性，如片内输出故障检测和保护（短路、欠压输出、开路电流输出和过温）、用于防止分组错误(PEC)的CRC校验以及灵活的上电选项等，非常适合构建鲁棒的工业控制系统。在大批量生产中，它无需外部精密电阻或校准程序就能保持一致的性能，因而是PLC或DCS模块的理想选择。
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CN0203
图1所示电路是一种仅使用两个模拟器件的全功能、灵活、可编程的模拟输出解决方案，它满足可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)应用的大部分要求。 AD5660-1 是一款低功耗(2.8 mW @ 5 V)、轨到轨输出、16位nanoDAC®， AD5750-1是一款工业用电流/电压输出驱动器，二者相结合可提供所有典型的电流和电压输出范围、16位分辨率且无失码、0.05%的线性度以及小于0.1%的输出误差。该电路还具有一些支持工业应用的重要特性，如片内输出故障检测、用于防止分组错误(PEC)的CRC校验以及灵活的上电选项等，非常适合构建鲁棒的工业控制系统。在大批量生产中，它无需外部精密电阻或校准程序就能保持一致的性能，因而是PLC或DCS模块的理想选择。
应用
工业自动化技术(IAT)
- 现场仪器仪表
- 可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)
CN0225
图1所示电路是一个完整的模拟前端，它利用一个16位差分输入PulSAR® ADC对±10 V工业级信号进行数字转换。该电路仅利用两个模拟器件，来提供一路具有高共模抑制(CMR)性能的高阻抗仪表放大器输入、电平转换、衰减和差分转换功能。由于具有高集成度，该电路可节省印刷电路板空间，为常见的工业应用提供高性价比解决方案。
在过程控制和工业自动化系统中，典型的信号电平最高可达±10 V。而来自热电偶和称重传感器等传感器的信号输入则较小，因此常常会遇到大共模电压摆幅，这就需要灵活的模拟输入，它能以高共模抑制性能处理大小差分信号，同时具有高阻抗输入。
用现代低压ADC处理工业级信号时，必须进行衰减和电平转换。此外，全差分输入ADC具有以下优势：良好的共模抑制性能，更少的二阶失真产物，以及简化的直流调整算法。因此，工业信号需要经过进一步调理才能与差分输入ADC正确接口。
图1所示电路是一个完整且具有高集成度的模拟前端工业级信号调理器，仅使用两个有源器件来驱动差分输入16位PulSAR ADC AD7687 ：精密仪表放大器（片内集成两个辅助运算放大器）AD8295 和电平转换器/ADC驱动器AD8275 。低噪声2.5V XFET®基准电压源 ADR431 为ADC提供基准电压。
AD8295是一款精密仪表放大器，片内集成两个非专用信号处理放大器和两个精密匹配的20 kΩ电阻，采用4 mm × 4 mm封装。
AD8275是一款G = 0.2差动放大器，可以用来衰减±10 V工业信号，衰减后的信号可以与单电源低压ADC轻松接口。AD8275在该电路中执行衰减和电平转换功能，可以保持良好的CMR，无需任何外部元件。
AD7687是一款16位逐次逼近型ADC，采用2.3 V至5.5 V的单电源供电。它采用差分输入，具有良好的CMR，并且能够简化SAR ADC的使用。
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CN0191
图1所示电路提供20位可编程电压，其输出范围为−10 V至+10 V ，同时积分非线性为±1 LSB、微分非线性为±1LSB，并且具有低噪声特性。
该电路的数字输入采用串行输入，并与标准SPI、QSPI™、MICROWIRE®和DSP接口标准兼容。对于高精度应用，通过结合使用AD5791、AD8675和AD8676等精密器件，该电路可以提供高精度和低噪声性能。
基准电压缓冲对于设计至关重要，因为DAC基准输入的输入阻抗与码高度相关，如果DAC基准电压源未经充分缓冲，将导致线性误差。AD8676开环增益高达120 dB，已经过验证和测试，符合本电路应用关于建立时间、失调电压和低阻抗驱动能力的要求。而AD5791经过表征和工厂校准，可使用双通道运算放大器AD8676对其基准电压输入进行缓冲，从而进一步增强配套器件的可靠性。
这一器件组合可以提供业界较领先的20位分辨率、±1 LSB积分非线性(INL)和±1 LSB微分非线性(DNL)，可以确保单调性，并且具有低功耗、小尺寸PCB和高性价比等特性。
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CN0214
本电路显示如何在精密热电偶温度监控应用中使用精密模拟微控制器 ADuC7060/ADuC7061 。ADuC7060/ADuC7061集成双通道24位Σ-Δ型ADC、双通道可编程电流源、14位DAC、1.2 V内部基准电压源、ARM7内核、32 kB闪存、4 kB SRAM以及各种数字外设，例如UART、定时器、SPI和I2C接口等。
在本电路中，ADuC7060/ADuC7061连接到一个热电偶和一个100 Ω Pt RTD。RTD用于执行冷结补偿。
在源代码中，ADC采样速率选择100 Hz。当ADC输入PGA的增益配置为32时，ADuC7060/ADuC7061的无噪声分辨率大于18位。
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