AN-1518: 采用AD5662 DAC、ADuM1401数字隔离器和外部放大器构建16位完全隔离式4 mA至20 mA输出模块
电路功能与优势
图1所示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4 mA至20 mA电流输出范围的过程控 制可编程逻辑控制器(PLC)、分布式控制系统(DCS)模块和发射器。AD5662 nanoDAC®是一款采用SOT-23封装的5 V、 16位数模转换器(DAC)。四通道数字隔离器ADuM1401提供微 控制器与DAC之间的信号隔离。
电路描述
对于工业控制模块，模拟输出电流范围通常为4 mA至20 mA 或0 mA至20 mA。AD5662提供0 V至5 V的输出，该输出设 置流过检测电阻 RS的电流，因而也决定流过R1的电流。此电 流通过AD822运算放大器的另一只放大器，镜像（放大10倍）到R2。选择AD822放大器是因为其能以高性能、高电压工作。该电流镜的第一级必须以0 V输入工作，防止DAC以零电平输出工作时出现死区。该0 V输入值要求AD822的负电源电压至少为-1 V，从而保证AD822的第一级输出具有充足的裕量。第二级的两个二极管与正电源串联，用来确保第二级的输出电压不会到达AD822的正供电轨，后者可以高达35 V。场效应管(FET)的输出也受串联二极管的保护。该串联二极管会增加电路的功耗，这在一些应用中可能会成为问题。
ADR02的温漂最大值为9 ppm/°C。它的输入电压范围最高 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。ADuM1401在AD5662与系统微控制器之间实现隔离，隔离等级为2.5 kV rms。可以用三条线（SYNC、SCLK和DIN），将标准串行外设接口(SPI)与AD5662相连。
图2所示为AD5662采用外部基准电压源ADR02时，电路输出到RL中的电流的积分非线性(INL)精度曲线。结果显示为满量程百分比(%FSR)与输入数字码的关系。该电路选择ADR02为基准电压源。
有关外部保护技术的更多讨论，请参考《模拟对话》文章“PLC评估板简化工业过程控制系统的设计”。
参考文献
Chen Baoxing，2006 年。采用 isoPower™技术的iCoupler®产品：利用微变压器跨越隔离栅实现信号和电源传输，ADI 公司。
Colm Slattery、Derrick Hartmann 和 Li Ke，2009 年。 PLC评估板简化工业过程控制系统的设计，《模拟对话》，第43卷，ADI公司。
教程MT-014，DAC 基本架构 I：DAC 串和温度计（完全解码）DAC，ADI公司。
教程MT-015，DAC基本架构II：二进制DAC，ADI公司。
教程MT-016，DAC基本架构III：分段DAC，ADI公司。
Scott Wayne，2005 年。 iCoupler®数字隔离器保护工业、仪器仪表和计算机应用中的RS-232、RS-485和CAN总线，《模拟对话》，第39卷，ADI公司。