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【】如何设计出高精度、高密度和隔离模拟输出模块的系统

为可编程逻辑控制器(PLC)或分布式控制系统(DCS)模块等过程控制应用设计通道间隔离模拟输出模块时 ， 主要权衡因素通常是功耗和通道密度 。随着模块尺寸缩小 ， 通道密度增加 ， 每个通道的功耗必须降低 ， 以满足模块的最大功耗预算要求 。更高的通道密度也意味着每个通道可用的PCB空间越少 。
系统级解决方案
图1所示为AD5758和ADP1031系统解决方案 ， 它们解决了功耗和空间问题 ， 支持实现更高水平的集成 。本设计笔记显示在制造单通道功耗低于2 W的8通道模块时 ， 如何让其保持小尺寸 。
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图1.AD5758和ADP1031 8通道电路板 。
ADP1031解决了隔离和尺寸问题 ， 提供300 V基础的电源和数据隔离 ， AD5758则提供低功耗、高精度 ， 可配置的电流或电压输出通道 。
集成、隔离电源和数据
ADP1031采用了ADI获得专利的i Coupler?技术 ， 在7 mm × 9 mm大小的封装内集成3个隔离电源轨 ， 以及SPI和GPIO数据隔离 。这种高度集成帮助解决了PCB空间占用问题 ， 在较小的PCB空间内整合和满足所有通道隔离要求 。
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图2.ADP1031框图 。
低功耗
AD5758采用了动态功率控制(DPC)技术 ， 在该器件被配置用于控制电流输出时 ， 在最坏的操作条件下 ， 能够帮助最小化模块的功耗 。它可以持续跟踪输出电压 ， 将输出驱动器的供电量降到最低 ， 以保持输出负载电流 ， 上述这些都通过一个集成、可编程、高效率的降压转换器实现 。在电流输出模式下 ， DPC启用后 ， AD5758会自动调节DPC电压 ， 在所有负载条件下最小化功耗 。
ADP1031的设计经过优化之后 ， 能在最坏的负载条件下为AD5758提供高效的隔离电流 ， 以此最小化总通道功耗 。ADP1031中集成的高速SPI通道在启动时也可以降低功耗 ， 在关闭时则进入低功耗状态 。
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图3.AD5758框图 。
隔离反激式变压器
由于ADP1031集成了反激通道 ， 导致反激式变压器的设计得到简化 ， 因为它只需要单个初级和次级绕组 。这意味着变压器的外形可以更小 ， 同时仍能满足效率和隔离要求 。推荐ADP1031使用的变压器的尺寸为8.6 mm × 8.26 mm ， 高度不到9.7 mm 。有关推荐使用的变压器的列表 ， 请参考ADP1031数据手册 。
解决方案尺寸
高度集成使得每个隔离通道都能装入大小不足400 mm2的双面PCB中 。这包括所有相关的无源组件和隔离间距 。
支持诊断和HART连接的灵活的高精度通道
AD5758集成了先进的诊断功能 ， 能够快速检测异常行为和故障 。
错误标志被存储在两个寄存器中：数字诊断结果寄存器和模拟诊断结果寄存器 ， 分别用于片内数字诊断和片内模拟诊断 。一些重要诊断包括：
看门狗定时器错误
SPI CRC错误
无效的SPI访问
SCLK计数器错误
校准存储器CRC错误
输出过压保护
电压输出短路错误 X 电流输出开路错误
过温错误
内部供电错误
DPC错误
有关完整的诊断列表 ， 请参考AD5758数据手册 。
AD5758还集成了一个12位ADC ， 可以在用户选择的节点上提供诊断测量 ， 比如内部电源和接地、内部裸片温度监视器和内部基准电压源 。
AD5758具有一个CHART引脚 ， HART?信号以电容耦合的方式连接到这个引脚 。启用HART连接之后 ， HART信号会在VIOUT引脚显示 。此功能仅在将VIOUT配置为输出电流时可用 。


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