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LTC4211 单通道 5V 热插拔控制器

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评估硬件

产品型号带"Z"表示符合RoHS标准。评估此电路需要下列选中的电路板

  • EVAL-CN0203-SDPZ ($65.00) Flexible PLC/DCS Analog Output Module Using Only Two Analog Components
  • EVAL-SDP-CB1Z ($99.00) Eval Control Board SDP
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优势和特点

  • 可编程模拟输出
  • 16位分辨率
  • . 1%误差，无失码
  • PLC输出模块的理想选择

电路功能与优势

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。


图1. 针对单通道的基本模拟输出电路（原理示意图，未显示所有连接和保护电路） 

电路描述

AD5750/AD5750-1是单通道、低成本、精密电压/电流输出驱动器，设计用于满足工业过程控制应用的需要。电压输出范围可以针对PLC和DCS应用的标准输出范围进行编程：0 V至5 V、0 V至10 V、−5 V至+5 V和−10 V至+10 V。针对标准范围，还提供了20%的超范围设置，由此便可得到下列选项：0 V至6 V、0 V至12 V、−6 V至+6 V和−12 V至+12 V。

 

电流输出通过单独的引脚提供，可以编程为以下范围：4 mA至20 mA、0 mA至20 mA、−20 mA至+20 mA、0 mA至24 mA和−24 mA至+24 mA。单极性范围具有2%的超范围设置。由于AD5750/AD5750-1的电流输出既可以是源电流，也可以是吸电流，因此它能与广泛的传感器或执行器接口。如果需要，可以将电压和电流输出引脚连在一起，以便将终端系统配置为单通道输出。

 

AD5660-1是一款单通道、低成本、低功耗、轨到轨电压缓冲输出nanoDAC，片内集成一个1.25V、5 ppm/°C基准电压源。AD5660-1内置一个上电复位电路，确保DAC输出上电至0 V并保持该电平，直到执行一次有效的写操作为止。

 

AD5660-1 DAC与AD5750-1驱动器之间的接口简单，无需外部器件。AD5660-1的输出电压范围是0 V到2.5 V，与AD5750-1的输入范围匹配。此外，AD5660-1的基准输出电压为1.25 V，与AD5750-1的基准输入要求完全匹配。

 

用于PLC和DCS应用的器件所需的ESD保护和过压保护一般远高于形式上的推荐要求。AD5750-1的各引脚内置ESD保护二极管，可以防止3 kV瞬变损害器件（人体模型）。但是，工业控制环境可能会使I/O电路遭受高得多的瞬变。EVAL-CN0203-SDPZ电路板内置外部30 V/600 W瞬变电压抑制器(TVS)、50 mA/30 V自恢复保险丝(PolySwitch)和肖特基功率二极管，以提供更高电压的ESD保护、50 mA过流保护和30 V过压保护。图1的原理示意图未显示可选的外部保护电路，但可以在CN0203设计支持包的详细原理图（EVAL-CN0203-SDPZ-SCH pdf文件）中找到： www.analog.com/CN0203-DesignSupport


本电路必须构建在具有较大面积接地层的多层电路板上。为实现最佳性能，必须采用适当的布局、接地和去耦技术（请参考 教程MT-031——“实现数据转换器的接地并解开AGND和DGND的谜团”" 以及 教程MT-101——“去耦技术”）。


测量


 对于PLC、DCS和其它过程控制系统，积分非线性(INL)、微分非线性(DNL)和输出误差是最重要的性能指标。AD5750-1具有非常灵活并且可配置的输出范围，可以满足应用需要。该电路的INL、DNL和输出误差测量结果分别如图2、图3和图4所示。测量条件为25°C、电压输出模式并且使用内部电流检测电阻。AD5750-1范围设置为0 V至5 V。所有其它范围的测试结果如表1所列。



图2. 0 V至5 V输出范围的INL



图3. 0 V至5 V输出范围的DNL



图4. 0 V至5 V输出范围的输出误差


表1所示测试结果是在25°C下使用EVAL-CN0203-SDPZ电路板，采用Agilent E3631A直流电源供电，利用Agilent 34401A数字万用表测得的。

注意，客户需要调整输出范围0 mA至20.4 mA和0 mA至24.5 mA，以便与0 mA至20 mA和0 mA至24 mA范围完全匹配。0 mA至+24.5 mA范围下的0.24% FSR输出误差包括增益误差，增益误差由客户通过校准消除。



表1. 所有输出范围的测试结果

范围
 电流检测电阻
 DNL (LSB)
 INL (LSB)

线性度(%FSR)

输出误差(%FSR)

0 V至5 V

无关 0.8
 7.1
 0.011
 0.05

0 V至10 V

无关 0.8 6.1
 0.009
 0.05

−5 V至+5 V

无关 0.5
 6.2
 0.009
 0.04

−10 V至+10 V

 无关
 0.5
 6.8
 0.010
 0.04

0 V至6 V

无关
 0.8
 6.9
 0.010
 0.05

0 V至12 V

 无关
 0.8
 5.3
 0.008
 0.09

−6 V至+6 V

无关
 0.5
 8.0
 0.012
 0.06

−12 V至+12 V

 无关
 0.5
 7.4
 0.011
 0.08

−2.5 V至+2.5 V

无关
 0.5
 5.6
 0.008
 0.05

4 mA至20 mA

 内部
 2.4
 6.3
 0.010
 0.07

4 mA至20 mA

外部
 2.5
 6.2
 0.010
 0.07

0 mA至20 mA

内部
 1.9
 5.8
 0.009
 0.06
0 mA至20 mA 外部
 1.9
 5.7
 0.009
 0.06
0 mA至24 mA
 内部 1.6
 5.4
 0.008
 0.07
0 mA至24 mA
 外部
 1.9
 5.5
 0.008
 0.06

−20 mA至+20 mA

内部
 1.2
 8.8
 0.013
 0.05
−20 mA至+20 mA
 外部
 1.2
 9.3
 0.014
 0.05
−24 mA至+24 mA
 内部
 1.0
 9.2
 0.014
 0.05
−24 mA至+24 mA
 外部
 1.0
 10.1
 0.015
 0.04

3.92 mA至+20.4 mA

内部
 2.4
 6.7
 0.010
 0.03

0 mA至+20.4 mA

内部
 2.0
 7.6
 0.012
 0.05

0 mA至+24.5 mA

内部
 1.7
 3.4
 0.007
 0.24

常见变化

AD5620（12位）和AD5640（14位）与AD5660引脚兼容，适合不需要16位分辨率的应用。

 

AD5623R（12位）、AD5643R（14位）和 AD5663R（16位）是双通道nanoDAC器件，AD5624R（12位）AD5644R（14位）和AD5664R（16位）是四通道nanoDAC器件，均适合多通道应用。

 

AD5750驱动器与AD5750-1引脚兼容，采用4.096 V基准电压源时，可以接受0 V至4.096 V的输入范围。AD5751是单极性模拟输出驱动器，使用50 V AVDD电源时，可以提供40 V输出。

电路评估与测试

设备要求（可以用同等设备代替）

  • 系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z)
  • CN-0203电路评估板(EVAL-CN0203-SDPZ)
  • CN-0203评估软件
  • 用于控制外部测试测量设备的软件（CD中未包括）
  • Agilent 34401A 6.5数字万用表
  • Agilent E3631A 0 V-6 V/5 A、±25 V/1 A三路输出直流电源
  • 带USB接口的PC（Windows® 2000或Windows XP）
  • National Instruments GPIB转USB-B接口和电缆


开始使用

将CN-0203评估软件光盘放进PC的光盘驱动器，加载评估软件。打开“我的电脑”，找到包含评估软件光盘的驱动器，打开Readme文件。按照Readme文件中的说明安装和使用评估软件。


功能框图

图5所示为测试设置的功能框图。Pdf文件“EVAL-CN0203-SDPZ-SCH”包含CN-0203评估板的详细电路原理图。此文件位于CN-0203设计支持包中： www.analog.com/CN0203-DesignSupport


设置

EVAL-CN0203-SDPZ电路板上的120引脚连接器连接到EVAL-SDP-CB1Z (SDP)评估板上标有“CON A”或“CON B”的连接器。应使用尼龙五金配件，通过120引脚连接器两端的孔牢牢固定这两片板。将直流输出电源成功设置为+15 V、−15 V和+6 V输出后，关闭电源。

 

在断电情况下，将一个+15 V电源连接到标有“+15 V”的CN1引脚，将一个−15 V电源连接到标有“−15 V”的CN1引脚，将“GND”连接到标有“GND”的CN1引脚。以同样方式将+6 V连接到CN2。接通电源，然后将SDP板附带的USB电缆连接到PC上的USB端口。注意：接通EVAL-CN0203-SDPZ的直流电源之前，请勿将该USB电缆连接到SDP板上的微型USB连接器。



图5. 测试设置功能框图


表2. EVAL-CN0203-SDPZ的跳线设置（以粗体字显示的值为默认设置）

跳线
 描述
 设置
 功能
JP1

设置AD5750-1的地址

引脚1与引脚2短接

AD5750的地址：b'001

引脚3与引脚2短接

AD5750的地址：b'000

JP2

设置外部补偿电容

 短路

增加1 nF补偿电容
开路

移除1 nF补偿电容
JP3

VSENSE+设置

 短路

VSENSE+与VOUT内部短接
开路

VSENSE+与VOUT无内部连接
JP4

VSENSE−设置

 短路

VSENSE−与GND内部短接
开路

VSENSE−与GND无内部连接
JP5

VOUT和IOUT引脚短路

 短路




VOUT和IOUT短路连在一起
开路

VOUT和IOUT无内部连接
JP6

设置AD5750-1的CLEAR模式

 短路

清零至中间电平
开路

清零至零电平

 

测试

 

设置好测试设备后，将标有“VOUT”的CN3引脚或标有“IOUT”的CN4引脚连接到Agilent 34401A的输入端。根据输入信号类型（电流或电压），确保Agilent 34401A前面板上的电缆连接正确。测试INL、DNL和总误差需要相当长的时间，因为AD5660-1 16位DAC的所有电平都需要由34401A设置并测量。

 

利用CD中提供的软件，可以通过PC设置DAC代码。需要使用自动测试程序来逐步测试各个代码并分析数据。CD中未提供此程序，必须由客户根据测试设置所用特定万用表的要求予以实现。

 

在图5所示的测试配置中，利用National Instruments GPIB转USB-B接口和电缆，34401A万用表的GPIB输出与PC上的另一个USB端口接口。这样，万用表读数就能与载入PC中Excel电子表格的各代码对应。然后根据业界标准定义分析这些数据，以获得INL、DNL和总误差。

 

欲详细了解参数定义以及如何从测量数据计算INL、DNL和总误差，请参阅AD5662数据手册的“术语”部分和以下文献：数据转换手册第5章“测试数据转换器”，ADI公司

样片申请及购买

样片

产品

描述

可提供样片的
产品型号

AD5750-1 电流/电压输出驱动器，输出范围可编程，适合工业应用

AD5750-1ACPZ

AD5750-1ACPZ-REEL7

AD5750-1BCPZ

AD5660 单通道、16位nanoDAC®，内置5 ppm/°C片内基准电压源

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LTC4211Analog具多功能电流控制的热插拔控制器