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
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CN0180
標準的な工業用途のシングルエンド信号のレベルは、±5V、±10V、0V～+10Vで、最新の高精度16ビットまたは18ビット単電源のSAR型ADCの差動入力範囲と、直接の互換性を備えていません。適切なインターフェース・ドライブ回路には、アッテネータ機能、レベル・シフトの必要があり、それに加えて工業用信号を、ADCの入力要求にマッチするような、正しい振幅で正しいコモンモード電圧を持った、差動信号に変換… 全文を表示..
標準的な工業用途のシングルエンド信号のレベルは、±5V、±10V、0V～+10Vで、最新の高精度16ビットまたは18ビット単電源のSAR型ADCの差動入力範囲と、直接の互換性を備えていません。適切なインターフェース・ドライブ回路には、アッテネータ機能、レベル・シフトの必要があり、それに加えて工業用信号を、ADCの入力要求にマッチするような、正しい振幅で正しいコモンモード電圧を持った、差動信号に変換する必要があります。適切なインターフェース回路は、抵抗ネットワークとデュアル・オペアンプを使って設計することができますが、抵抗器同士およびアンプ間のマッチングに起因する誤差が最終出力での誤差を招いてしまいます。必要な出力位相のマッチングやセトリング時間を達成することは、特に低消費レベルでは、問題となり得ます。
図1に示された回路はAD8475差動アンプを使っており、アッテネータ機能、レベル・シフトを行い、一切の外付け部品を使わずに差動信号への変換を行っています。ACおよびDCでの性能は、18ビット、1MSPSのPulSAR®シリーズAD7982・ADCや、このファミリの他の16ビットおよび18ビット製品で、最速サンプリング速度4MSPSを持ったADCに、互換となっています。
AD8475は、ゲイン設定用の高精度薄膜ゲイン抵抗を内蔵した、完全差動のアッテネーションアンプです。この製品は、高精度な減衰率（0.4倍または0.8倍）、コモンモード・レベルのシフト及び、入力過電圧保護を備えた、シングルエンド-差動変換、を提供します。消費電力は、単電源5Vでわずか15mWです。18ビット、1MSPSのAD7982はわずか7mWしか消費しませんので、競合製品のADCよりも1/30と低くなっています。この組み合わせでの合計の電力消費は、わずか22mWです。
対象となる製品
アプリケーション
計装および測定ソリューション
- インピーダンス測定と分析ソリューション
- パラメトリック測定ソリューション
- DCソースと電源ソリューション
- 分析機器
- 高精度測定ソリューション
- データ・アクイジション・ソリューション
ヘルスケア・ソリューション
- 温度計測
- 医療用超音波
- インシュリン・ポンプ
- 心電計（ECG）計測
産業オートメーション
- フィールド計測器
- プログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）&分散型制御システム（DCS）
航空宇宙および防衛システム
- アビオニクス・システム
- 無人航空機（UAV）
- 無人航空機（UAV）システム用のフル機能ソリューション
CN0204
図1 に示した回路はフル機能、高電圧（44 V まで）、柔軟性 があり、アナログ出力がプログラム可能で、プログラマブ ル・ロジック・コントローラ(PLC)や分散制御システム(DCS) のアプリケーションに必要なほとんどの要求を満足します。
低消費電力 (0.75 mW typ @ 5 V)、レールtoレール出力、16ビッ トnanoDAC®デバイスのAD5662 と工業用電流/電圧出力ドライ バ… 全文を表示..
図1 に示した回路はフル機能、高電圧（44 V まで）、柔軟性 があり、アナログ出力がプログラム可能で、プログラマブ ル・ロジック・コントローラ(PLC)や分散制御システム(DCS) のアプリケーションに必要なほとんどの要求を満足します。
低消費電力 (0.75 mW typ @ 5 V)、レールtoレール出力、16ビッ トnanoDAC®デバイスのAD5662 と工業用電流/電圧出力ドライ バAD5751 はリファレンス電圧と共に入力/出力電圧範囲の条 件に関して良くマッチングしています。
低ドリフト(Bグレードで3 ppm/℃ max)、高初期精度（Bグレ ードで0.04%max）、低ノイズ（1.8 μV p-p typ、 0.1 Hz to 10 Hz)のADR444がAD5751 とAD5662両方のリファレンス電圧を 提供しており、回路の超低ノイズ、高精度、低温度ドリフト を保証しています。
この回路は16ビット分解能、0.05%リニアリティ、総合出力誤差0.2%以下のすべての標準的な電圧出力範囲と電流出力範囲を提供します。
ADuM1301とADuM5401はマイクロコントローラとアナログ信号チェーン間のすべての必要な信号絶縁を行います。ADuM5401は絶縁された5 V電源も供給します。
回路はまた内蔵出力故障検出、パケット・エラー(PEC)を防ぐCRC検査、柔軟性のあるパワーアップ・オプションのような工業用アプリケーションに必要な特徴を含んでいるので、堅牢な工業用コントロール・システムに理想的な選択になります。量産時に一貫した性能を維持するための外付け高精度抵抗あるいは調整ルーチンは必要ないのでPLC又はDCSモジュールに理想的です。
対象となる製品
アプリケーション
計装および測定ソリューション
- 通信試験装置ソリューション
- RF信号アナライザとベクトル・ネットワーク・アナライザソリューション
ヘルスケア・ソリューション
- 温度計測
- ヘルスケア用治療装置ソリューション
- デジタル X 線
産業オートメーション
- フィールド計測器
- プログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）&分散型制御システム（DCS）
CN0202
図 1の回路は、プログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）／分散制御システム（DCS）アプリケーションの大部分の条件を満たす全機能型の柔軟なプログラマブル・アナログ出力ソリューションです。低消費電力（0.75 mW @ 5 V）、レールtoレール出力、16ビットnanoDAC®コンバータAD5662と産業用電流／電圧出力ドライバAD5750は、入力／出力電圧範囲やリファレンス電圧条件の面で互… 全文を表示..
図 1の回路は、プログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）／分散制御システム（DCS）アプリケーションの大部分の条件を満たす全機能型の柔軟なプログラマブル・アナログ出力ソリューションです。低消費電力（0.75 mW @ 5 V）、レールtoレール出力、16ビットnanoDAC®コンバータAD5662と産業用電流／電圧出力ドライバAD5750は、入力／出力電圧範囲やリファレンス電圧条件の面で互いに極めて相性のよいデバイスです。ADR444は低ドリフト（Bグレード：最大3 ppm/℃）、高初期精度（Bグレード：最大0.04％）、低ノイズ（1.8 μV p-p (typ)、0.1～10 Hz）といった特性を備えており、AD5750とAD5662の両方のリファレンス電圧となり、回路の超低ノイズ、高精度、低温度ドリフトを保証します。この回路はすべての代表的な電圧／電流出力範囲に対応しており、16ビット分解能、ノー・ミッシング・コード、0.05％の直線性、0.2％未満の総合出力誤差を実現します。
この回路は、オンチップの出力故障検出および保護機能（短絡、アンダー電圧出力、開回路電流出力、過大温度に対応）、パケット・エラー（PEC）を防ぐCRCチェック、柔軟なパワーアップ・オプションなど、産業用アプリケーション向けの重要な機能も備えているため、堅牢な産業用制御システムに最適です。大量生産で一貫した性能を維持するために外付けの高精度抵抗やキャリブレーション・ルーチンを使用する必要はなく、PLCやDCSに理想的な回路です。
（簡略回路図：すべての接続および保護回路を示しているわけではありません）
対象となる製品
アプリケーション
計装および測定ソリューション
- 通信試験装置ソリューション
- RF信号アナライザとベクトル・ネットワーク・アナライザソリューション
ヘルスケア・ソリューション
- 温度計測
- ヘルスケア用治療装置ソリューション
- デジタル X 線
産業オートメーション
- フィールド計測器
- プログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）&分散型制御システム（DCS）
CN0203
図 1の回路は、2個のアナログ部品のみを使用した、全機能型の柔軟なプログラマブル・アナログ出力ソリューションです。この回路は、プログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）／ 分散制御システム（DCS）アプリケーションの大部分の条件を満たします。低消費電力（2.8 mW @ 5 V）、レールtoレール出力、16ビットnanoDAC® AD5660-1は、産業用電流／電圧出力ドライバAD5750-… 全文を表示..
図 1の回路は、2個のアナログ部品のみを使用した、全機能型の柔軟なプログラマブル・アナログ出力ソリューションです。この回路は、プログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）／ 分散制御システム（DCS）アプリケーションの大部分の条件を満たします。低消費電力（2.8 mW @ 5 V）、レールtoレール出力、16ビットnanoDAC® AD5660-1は、産業用電流／電圧出力ドライバAD5750-1と組み合わせることで、すべての代表的な電圧／電流出力範囲に対応でき、16ビット分解能、ノー・ミッシング・コード、0.05％の直線性、0.1％未満の出力誤差を実現します。この回路は、オンチップの出力故障検出、パケット・エラー（PEC）を防ぐ為のCRCチェック、柔軟なパワーアップ・オプションなど、産業用アプリケーション向けの重要な機能も備えているため、堅牢な産業用制御システムに最適です。大量生産で一貫した性能を維持するために外付けの高精度抵抗やキャリブレーション・ルーチンを使用する必要はなく、PLCやDCSに理想的な回路です。
対象となる製品
アプリケーション
産業オートメーション
- フィールド計測器
- プログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）&分散型制御システム（DCS）
CN0225
図1に示す回路は、16ビット差動入力PulSAR® ADCを使って±10Vの工業用レベルの信号をデジタル化するためのフル機能アナログ・フロントエンドです。この回路は、2個のアナログ部品を使用するだけで、高CMRで、レベル・シフト、減衰、および差動変換機能を備えた高インピーダンス計装アンプの入力を実現します。高レベルの集積化により、この回路はプリント回路基板を省スペース化し、一般的な工業用アプリケー… 全文を表示..
図1に示す回路は、16ビット差動入力PulSAR® ADCを使って±10Vの工業用レベルの信号をデジタル化するためのフル機能アナログ・フロントエンドです。この回路は、2個のアナログ部品を使用するだけで、高CMRで、レベル・シフト、減衰、および差動変換機能を備えた高インピーダンス計装アンプの入力を実現します。高レベルの集積化により、この回路はプリント回路基板を省スペース化し、一般的な工業用アプリケーション用に費用対効果の優れたソリューションを提供します。
プロセス制御や工業用オートメーションのシステムでは、最大±10Vの信号レベルが標準的です。熱電対やロードセルなどのセンサーからの小さな信号入力では、大きな同相電圧が生じることも少なくありません。このため、大きな同相除去で大小両方の差動信号を処理する高インピーダンス入力の柔軟なアナログ入力が必要になります。
最近の低電圧ADCで工業用レベルの信号を処理するには、信号を予め減衰し、レベル・シフトしておく必要があります。さらに、完全差動入力ADCには、優れた同相除去、2次歪みの低減、簡略化DC調整アルゴリズムなどの利点があります。したがって、工業用の信号は、差動入力ADCと適切にインターフェースするために更に処理を必要とします。
図1の回路は、フル機能で高度に集積されたアナログ・フロントエンドの工業用レベル・シグナル・コンディショナで、わずか2個の能動部品を使って16ビット差動入力PulSAR ADC AD7687を駆動します。2個の部品は、高精度計装アンプAD8295（2個の補助オペアンプを内蔵）とレベル変換/ADCドライバAD8275です。ADCの電圧リファレンスには低ノイズ2.5V XFET®リファレンスADR431が使われています。
AD8295は、2個の汎用信号処理アンプと2本の正確に整合した20kΩ抵抗を小型の4mm × 4mmパッケージに内蔵した高精度計装アンプです。
AD8275は、±10Vの工業用信号を減衰するのに使用できるG = 0.2のディファレンス・アンプで、減衰された信号は低電圧の単電源ADCと容易にインターフェース可能です。AD8275は回路内で減衰とレベル・シフトを行い、外付け部品を必要とせずに十分なCMRを維持します。
AD7687は16ビット逐次比較ADCで、2.3V～5.5Vの単電源で動作します。CMRを良くするための差動入力を備えるとともに、SAR ADCを使いやすくします。
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アプリケーション
エネルギー・ソリューション
- 送電および配電ソリューション
- 風力タービン・ソリューション
- ソーラー・インバータ・ソリューション
- Energy Storage Systems
計装および測定ソリューション
- 分析機器
ヘルスケア・ソリューション
- 心電計（ECG）計測
産業オートメーション
- プログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）&分散型制御システム（DCS）
航空宇宙および防衛システム
- アビオニクス・システム
- 無人航空機（UAV）
- 無人航空機（UAV）システム用のフル機能ソリューション
CN0191
図1に示す回路は、±1 LSBの積分非直線性、±1 LSBの微分非直線性、低ノイズを実現しながら、−10V~ +10Vの範囲でプログラム可能な20ビット分解能の出力電圧を提供します。
この回路へのデジタル入力はシリアルで、標準SPI、QSPI™、MICROWIRE®、DSPの各インターフェース規格と互換性があります。高精度アプリケーションに対応するため、この回路は高精度と低ノイズの両方を実現します… 全文を表示..
図1に示す回路は、±1 LSBの積分非直線性、±1 LSBの微分非直線性、低ノイズを実現しながら、−10V~ +10Vの範囲でプログラム可能な20ビット分解能の出力電圧を提供します。
この回路へのデジタル入力はシリアルで、標準SPI、QSPI™、MICROWIRE®、DSPの各インターフェース規格と互換性があります。高精度アプリケーションに対応するため、この回路は高精度と低ノイズの両方を実現します。これは、AD5791、AD8675、AD8676の高精度デバイスの組み合わせによって可能になります。
DACのリファレンス入力の入力インピーダンスは、DACのコードに大きく依存し、DACのリファレンス信号が適切にバッファされないと直線性誤差を生じるため、リファレンス・バッファはこの設計において非常に重要です。120dBの高いオープンループ・ゲインを持つAD8676は、この回路のアプリケーションに必要なセトリング・タイム、低オフセット電圧、低インピーダンス駆動能力を実現することが実証テストされています。AD5791は、デュアル・オペアンプAD8676を使ってその電圧リファレンス入力をバッファした状態で特性が評価され、出荷前のキャリブレーションが行われているので、これらのデバイスの組合わせに対する信頼性（性能の再現性）がさらに向上します。
これらのデバイスを組み合わせることにより、業界最先端の20ビット分解能、±1 LSBの積分非直線性(INL)、±1 LSBの微分非直線性（DNL）で単調増加性を保証するとともに、低消費電力、小さいPCB面積、優れたコスト・パフォーマンスを実現します。
対象となる製品
アプリケーション
計装および測定ソリューション
- 高精度測定ソリューション
- 分析機器
- パラメトリック測定ソリューション
- DCソースと電源ソリューション
- データ・アクイジション・ソリューション
産業オートメーション
- プログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）&分散型制御システム（DCS）
CN0214
これは、高精度の熱電対温度監視アプリケーションにおいて高精度アナログ・マイクロコントローラADuC7060/ADuC7061を使用した回路です。ADuC7060/ADuC7061は、ARM7コア、32 kBフラッシュ、4 kB SRAM、さまざまなデジタル・ペリフェラル（UART、タイマ、SPI、I2Cインターフェースなど）に加えて、デュアル24ビットΣΔ ADC、デュアル・プログラマブル電流源、… 全文を表示..
これは、高精度の熱電対温度監視アプリケーションにおいて高精度アナログ・マイクロコントローラADuC7060/ADuC7061を使用した回路です。ADuC7060/ADuC7061は、ARM7コア、32 kBフラッシュ、4 kB SRAM、さまざまなデジタル・ペリフェラル（UART、タイマ、SPI、I2Cインターフェースなど）に加えて、デュアル24ビットΣΔ ADC、デュアル・プログラマブル電流源、14ビットDAC、1.2 V内部リファレンスを集積しています。
この回路では、ADuC7060/ADuC7061を熱電対と100 ΩのPt RTD（Pt Resistance Temperature Detector：白金測温抵抗体）に接続します。RTDによって冷接点補償を行います。
ソースコードでは、4 HzのADCサンプリング・レートを選択しています。ADCの入力プログラマブル・ゲイン・アンプ（PGA）のゲインを32に設定すると、ADuC7060/ADuC7061のノイズフリー・コード分解能は18ビットを上回ります。
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対象となる製品
アプリケーション
エネルギー・ソリューション
- 風力タービン・ソリューション
ヘルスケア・ソリューション
- 温度計測
- ヘルスケア用治療装置ソリューション
産業オートメーション
- プログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）&分散型制御システム（DCS）