电路笔记 CN-0229 连接/参考器件 Circuits from the Lab™ reference circuits are engineered and tested for quick and easy system integration to help solve today’s analog, mixed-signal, and RF design challenges. For more information and/or support, visit www.analog.com/CN0229. AD5750-2 输出范围可编程的工业电流/ 电压输出驱动器 AD5686R 四通道、16位nanoDAC+，内置2.5 V、 2 ppm/°C片内基准电压源 ADuM5400 集成DC/DC转换器的四通道隔离器 ADuM1301 三通道数字隔离器 用于I/O卡和PLC应用的4通道、灵活、可配置、电压和电流输出电路 FAULT INDICATOR +15V –15V AVDD AVSS FAULT AD5750-2 OUTPUT RANGES: DVCC VOUT: 0V TO 5V, 0V TO 10V, ±5V, ±10V VREF VIN IOUT: 0mA TO 20mA 0mA TO 24mA 4mA TO 20mA ±20mA, ±24mA +5V_ISO ADuM1301 SYNC SCLK SDIN SDO +5V AD5750-2 VOUT RANGE SCALE VOUT IOUT RANGE SCALE IOUT GND SYNC1 SCLK SDIN SCLK SDIN SDO SDO VDD +15V DVCC VREF GND AD5686R/AD5685R/AD5684R SCLK DAC REGISTER VIN GND VOUTA STRING DAC A AVSS FAULT AD5750-2 2.5V REFERENCE VLOGIC INPUT REGISTER AVDD VREF –15V VOUT IOUT +15V –15V SYNC ADuM5400 SYNC1 SYNC2 LDAC RESET SDIN INPUT REGISTER DAC REGISTER VOUTB STRING DAC B DAC REGISTER VIN +15V BUFFER SDO INPUT REGISTER DAC REGISTER VOUTD STRING DAC D BUFFER POWER-ON RESET LDAC GND VOUTC STRING DAC C RESET RSTSEL GAIN ×1/×2 AVDD AD5750-2 BUFFER INPUT REGISTER DVCC VREF POWERDOWN LOGIC GAIN VREF DVCC AVDD AVSS FAULT VOUT IOUT –15V AVSS FAULT AD5750-2 VIN GND VOUT IOUT 10099-001 INTERFACE LOGIC BUFFER 图1. 模拟输出电路的原理示意图(未显示所有连接和保护电路) Rev. 0 Circuits from the Lab™ circuits from Analog Devices have been designed and built by Analog Devices engineers. Standard engineering practices have been employed in the design and construction of each circuit, and their function and performance have been tested and verified in a lab environment at room temperature. However, you are solely responsible for testing the circuit and determining its suitability and applicability for your use and application. Accordingly, in no event shall Analog Devices be liable for direct, indirect, special, incidental, consequential or punitive damages due to any cause whatsoever connected to the use of any Circuits from the Lab circuits. (Continued on last page) One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2012 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 CN-0229 评估和设计支持 电流输出通过单独的引脚提供，可以编程为以下范围： 电路评估板 +4 mA至+20 mA、0 mA至+20 mA、−20 mA至+20 mA、0 mA CN-0229电路评估板(EVAL-CN0229-SDPZ) 至+24 mA和−24 mA至+24 mA。单极性范围具有2%的超范 系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z) 围设置。 设计和集成文件 由于AD5750/AD5750-1/AD5750-2的电流输出既可以是源 原理图、布局文件、物料清单 电流，也可以是吸电流，因此它能与广泛的传感器或执行 电路功能与优势 器接口。如果需要，可以将电压和电流输出引脚连接在一 图1所示电路是一种仅使用两个模拟器件的多通道、灵活 起，以便将系统配置为单通道输出。 的模拟输出解决方案，它满足多通道I/O卡、可编程逻辑 一般而言，电流输出电路需要至少一个精密电阻，用于电 控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)应用的大部分要求。 流检测。电路的电流精度和温度漂移特性部分取决于电阻 具有轨到轨缓冲输出的四通道、16位nanoDAC+AD5686R 和基准电压。AD5750/AD5750-1/AD5750-2内置高精度、 配合四个工业电流/电压输出驱动器AD5750-2使用，可提 低漂移电阻，如果需要还可以使用外部电阻。要提高输出 供所有典型的电流和电压输出范围、16位分辨率且无失 电流在全温度范围内的稳定性，方法之一是在 码、0.05%的线性度以及小于0.1%的输出误差。 AD5750/AD5750-1/AD5750-2的REXT1和REXT2引脚连接一 AD5686R具有高驱动能力(最高±5 mA)、超低漂移(2 ppm/°C， 个外部低漂移电阻来替代内部电阻。外部电阻通过输入移 典型值)、2.5 V基准电压源，能够同时为AD5686R和AD5750-2 位寄存器进行选择。如果不使用外部电阻选项，REXT1和 提供基准电压，确保电路的低噪声、高精度、低温漂。 REXT2引脚应保持悬空。 ADuM1301和ADuM5400对电源和模拟信号链与主机控制 AD5686R是 一 款 四 通 道 、 16位 、 轨 到 轨 电 压 缓 冲 输 出 器之间的所有必要信号提供2500 V rms隔离。 nanoDAC+，片内集成一个典型值为2 ppm/°C、最大值为 对于需要4个以上通道的多通道I/O卡应用，多个AD5686R 可以菊花链形式连接，且不需要额外的外部数字I/O电 路。这样成本便降至最低，特别是对于高通道数隔离应 用。 5 ppm/°C的2.5 V基准电压源。片内基准电压源可驱动所有 四个AD5750-2的基准输入，具有0.05 Ω的低输出阻抗，源 电流和吸电流最高可达5 mA。AD5686R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。 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、通过CRC执行分组差错检验(PEC)、灵活的上 电选项和ESD保护(AD5686R为4 kV，人体模型，AD5750-2 为3 kV，人体模型)，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。 AD5686R DAC与AD5750-2驱动器之间的接口简单，无需外 部基准电压源或精密电阻。AD5686R的输出电压范围是0 V 到2.5 V，与AD5750-2的输入范围匹配。此外，AD5686R的 基准输出电压为2.5 V，与AD5750-2的基准输入要求完全匹 配。 ADuM1301是一款三通道数字隔离器。ADuM5400是一款 电路描述 AD5750/AD5750-1/AD5750-2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。输出电压范围可以针对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 四通道数字隔离器，集成隔离式DC/DC转换器。它们均基 于iCoupler®技术，用来在信号链与系统微控制器之间实现 隔离，隔离额定值为2.5 kV rms。ADuM5400为副边的5 V 电路提供5 V隔离电源。 +10 V。针对标准范围，还提供了20%的超范围设置，由此 用于PLC和DCS应用的器件所需的ESD保护和过压保护一 便可得到下列选项：0 V至+6 V、0 V至+12 V、-6 V至+6 V 般远高于形式上的推荐要求。AD5686R和AD5750-2的各引 和-12 V至+12 V。 脚内置ESD保护二极管，可以防止4 kV(AD5686R)和3 kV (AD5750-2)瞬变(人体模型)损害器件。但是，工业控制环 境可能会使I/O电路遭受高得多的瞬变。 Rev. 0 | Page 2 of 6 CN-0229 使用外部54 V、600 W瞬变电压抑制器(TVS)作为增强ESD 0.3 保护的第一级。在AD5750-2的VSENSE+和VSENSE−引脚上 0.2 与1 kΩ、0.5 W电阻串联地放置肖特基功率二极管，在VOUT 和IOUT引脚上放置50 mA、30 V自恢复保险丝。这些保护 护和50 mA过流保护。图1的原理示意图未显示可选的外部 0.1 DNL (LSB) 电路置于EVAL-CN0229-SDPZ电路板中，以提供50 V过压保 保护电路，但可以在CN0229设计支持包的详细原理图 0 –0.1 65536 DAC CODE 局、接地和去耦技术(请参考指南MT-031——实现数据转 10099-003 61440 53248 57344 49152 45056 40960 32768 36864 24576 28672 20480 16384 –0.3 (PCB)上。为实现最佳系统性能和低EMI，请采用适当的布 8192 本电路必须构建在具有较大面积接地层的多层电路板 12288 –0.2 0 http://www.analog.com/CN0229-DesignSupport。 4096 (EVAL-CN0229-SDPZ-PADSSchematic pdf文件)中找到： 图3. 0 V至5 V输出范围的DNL 换 器 的 接 地 并 解 开 AGND和 D GND的 谜 团 以 及 指 南 0.02 MT-101——去耦技术)。 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 。 AD5750-2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。数据是在25°C时在电压输出模式 OUTPUT ERROR (%FSR) 测量 0.01 0 下获得的。AD5750-2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。 0 0.0 –0.5 65536 61440 57344 53248 10099-002 DAC CODE 49152 45056 40960 36864 32768 28672 24576 20480 16384 8192 12288 0 –1.0 4096 INL (LSB) 1.0 图2. 0 V至5 V输出范围的INL Rev. 0 | Page 3 of 6 65536 61440 57344 10099-004 DAC CODE 图4. 0 V至5 V输出范围的输出误差 53248 49152 45056 40960 36864 32768 28672 24576 20480 16384 12288 8192 0 4096 –0.01 1.5 CN-0229 表1. 所有输出范围的测试结果 范围 0 V至+5 V 0 V至+10 V −5 V至+5 V −10 V至+10 V 0 V至+6 V 0 V至+12 V −6 V至+6 V −12 V至+12 V −2.5 V至+2.5 V +4 mA至+20 mA 0 mA至+20 mA 0 mA至+24 mA −20 mA至+20 mA −24 mA至+24 mA +4 mA至+20mA 0 mA至+20mA 0 mA至+24mA −20 mA至+20 mA −24 mA至+24 mA +3.92 mA至+20.4 mA 0 mA至+20.4 mA 0 mA至+24.5 mA INL (LSB) 1.3 1.1 1.4 1.2 1.9 1.4 1.3 1.7 1.3 5.3 4.2 2.9 5.4 3.9 2.0 1.7 1.6 3.7 4.4 1.7 2.9 2.5 电流检测电阻 无关 无关 无关 无关 无关 无关 无关 无关 无关 内部 内部 内部 内部 内部 外部 外部 外部 外部 外部 内部 内部 内部 线性度(%FSR) 0.002 0.002 0.002 0.002 0.003 0.002 0.002 0.003 0.002 0.008 0.006 0.004 0.008 0.006 0.003 0.003 0.002 0.006 0.007 0.014 0.006 0.005 输出误差(%FSR) 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.05 0.03 0.05 0.03 0.07 0.06 0.05 0.02 0.02 0.04 0.04 0.04 0.03 0.03 0.11 1.86 0.30 表1所示测试结果是在25°C下使用EVAL-CN0229-SDPZ电路 AD5623R(12位)、AD5643R(14位)和AD5663R(16位)是双通 板的第一通道和Agilent E3631A直流电源，利用Agilent 34401A 道nanoDAC，AD5624R(12位)、AD5644R(14位)和AD5664R 数字万用表测得的。 (16位 )是 四 通 道 nanoDAC器 件 ， 均 适 合 多 通 道 应 用 。 注意，客户需要调整输出范围3.92 mA至20.4 mA、0 mA至 20.4 mA和0 mA至24.5 mA，以便与4 mA至20 mA、0 mA至 AD5628/AD5648/AD5668是八通道12/14/16位SPI电压输出 denseDAC，片内集成5 ppm/°C基准电压源。 20 mA和0 mA至24 mA范围完全匹配。0 mA至20.4 mA范围 AD5750和AD5750-1驱动器与AD5750-2引脚兼容。AD5750 下的1.86% FSR输出误差包括增益误差，增益误差由客户通 在4.096 V基准电压下可接受0 V至4.096 V的输入。AD5750-1 过校准轻松消除。 在1.25 V基准电压下可接受0 V至2.5 V的输入。AD5751是单 死区以GND为参考，低至约10 mV。所有线性度测试结果 使用一个递减的数据范围256到65,535计算。对于3.92 mA 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。 至20.4 mA、0 mA至20.4 mA和0 mA至24.5 mA，低死区大 电路评估与测试 于其他标准范围，测量数据范围为1000到65,535。 设备要求(可以用同等设备代替) 常见变化 • 系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z) AD5685R(14位)和AD5684R(12位)与AD5686R引脚兼容，适 • CN-0229电路评估板(EVAL-CN0229-SDPZ) 合不需要16位分辨率的应用。 • CN-0229评估软件 对于需要通道间隔离的应用，单通道DAC(例如16位的 • Agilent 34401A 6.5数字万用表 AD5660、14位的AD5640和12位的AD5620)是较好的选择。 对于单通道应用，详情参见CN-0202、CN-0203和CN-0204 电路笔记。 • Agilent E3631A 0 V至~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 Rev. 0 | Page 4 of 6 CN-0229 开始使用 设置 将CN-0229评估软件光盘放入PC的光盘驱动器，加载评估 EVAL-CN0229-SDPZ电 路 板 上 的 120引 脚 连 接 器 连 接 到 软件。打开“My Computer(我的电脑)”，找到包含评估软件 EVAL-SDP-CB1Z (SDP)评估板上的CON A或CON B连接器。 光盘的驱动器，打开Readme文件。按照Readme文件中的 使用尼龙五金配件，通过120引脚连接器两端的孔牢牢固 说明安装和使用评估软件。 定这两片板。将直流输出电源成功设置为+15 V、−15 V和 功能框图 +6 V输出后，关闭电源。 图 5所 示 为 测 试 设 置 的 功 能 框 图 。 EVAL-CN0229- 在断电情况下，将一个+15 V电源连接到CN1的+15 V引脚， PADSSchematic pdf文件包含CN-0229评估板的详细电路原 将一个−15 V电源连接到CN1的−15 V引脚，将GND连接到 理图。此文件位于CN-0229设计支持包中： CN1的GND引脚。以同样方式将+6 V连接到CN2。接通电 http://www.analog.com/CN0229-DesignSupport。 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-CN0229-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。 GPIB GND +6V CN2 EVAL-CN0229-SDPZ VOUT OR IOUT 120 PIN SDP CN3 OR CN4 GND CN1 OUT +15V −15V GND AGILENT 34401A MULTIMETER USB PC USB USB SDP CON A OR CON B 10099-005 AGILENT E3631A TRIPLE POWER SUPPLY 图5. 测试设置功能框图 表2. EVAL-CN0229-SDPZ的跳线设置(以粗体字显示的值为默认设置) 1 跳线1 JP1_[CH] 描述 VSENSE+设置 JP2_[CH] VSENSE−设置 JP3_[CH] VOUT和IOUT引脚短路 JP4_[CH] 设置外部补偿电容 设置 短路 开路 短路 开路 短路 开路 短路 开路 功能 通道[CH]的VSENSE+与VOUT内部短接[CH]。 通道[CH]的VSENSE+与VOUT无内部连接。 通道[CH]的VSENSE−与GND内部短接。 通道[CH]的VSENSE−与VOUT无内部连接。 通道[CH]的VOUT和IOUT短接在一起。 通道[CH]的VOUT和IOUT无内部连接。 为通道[CH]增加1 nF补偿电容。 移除通道[CH]的1 nF补偿电容。 注意：[CH] = 1、2、3或4。 Rev. 0 | Page 5 of 6 CN-0229 测试 设置好测试设备后，将CN3的VOUT引脚或CN4的IOUT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 输 出 误 差 需 要 相 当 长 的 时 间 ， 因 为 AD5686R 16位DAC的所有电平都需要由Agilent 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，Agilent 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 CN-0065 Circuit Note, 16-Bit Fully Isolated Output Module Using the AD5422 Single Chip Voltage and Current Output DAC and the ADuM1401 Digital Isolator, Analog Devices. CN-0066 Circuit Note, Fully Isolated Input Module Based on the AD7793 24-Bit Σ-Δ ADC and the ADuM5401 Digital Isolator, Analog Devices. CN-0067 Circuit Note, Fully Isolated Input Module Based on the AD7793 24-Bit Σ-Δ ADC, the ADuM5401 Digital Isolator, and a High Performance In-Amp, Analog Devices. CN-0097 Circuit Note, Simplified 12-Bit Voltage and 4 mA-to-20 mA Output Solution Using the AD5412, Analog Devices. CN-0209 Circuit Note, Fully Programmable Universal Analog Front End for Process Control Applications, Analog Devices. AN-0971 Recommendations for Control of Radiated Emissions with isoPower Devices by Mark Cantrell 入PC中Excel电子表格的各代码对应。然后根据业界标准定 MT-031 Tutorial, Grounding Data Converters and Solving the Mystery of “AGND” and “DGND”, Analog Devices. 义分析这些数据，以获得INL、DNL和输出误差。 MT-101 Tutorial, Decoupling Techniques, Analog Devices. 欲详细了解参数定义以及如何从测量数据计算INL、DNL Walt Kester, Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning, Analog Devices, 1999, ISBN 0-916550-20-6 和输出误差，请参阅AD5686R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。 Walt Kester, Data Conversion Handbook, Chapter 5, Analog Devices. 数据手册和评估板 了解详情 CN-0229 Circuit Evaluation Board (EVAL-CN0229-SDPZ) CN-0229 Design Support Package: http://www.analog.com/CN0229-DesignSupport System Demonstration Platform (EVAL-SDP-CB1Z) Slattery, Colm, Derrick Hartmann, and Li Ke, "PLC Evaluation Board Simplifies Design of Industrial Process Control Systems.” Analog Dialogue (April 2009). AD5686R Data Sheet and Evaluation Board AD5750-2 Data Sheet and Evaluation Board ADuM5400 Data Sheet and Evaluation Board CN-0202 Circuit Note, Flexible High Accuracy, Low Drift, PLC/DCS Analog Output Module. ADuM1301 Data Sheet and Evaluation Board CN-0203 Circuit Note, Flexible PLC/DCS Analog Output Module Using Only Two Analog Components. 2012年4月—修订版0：初始版 修订历史 CN-0204 Circuit Note, Flexible, High Voltage, High Accuracy, Low Drift PLC/DCS Analog Output Module. CN-0063 Circuit Note, 16-Bit Fully Isolated Voltage Output Module Using the AD5662 DAC, ADuM1401 Digital Isolator, and External Amplifiers, Analog Devices. CN-0064 Circuit Note, 16-Bit Fully Isolated 4 mA to 20 mA Output Module Using the AD5662 DAC, ADuM1401 Digital Isolator, and External Amplifiers, Analog Devices. (Continued from first page) Circuits from the Lab circuits are intended only for use with Analog Devices products and are the intellectual property of Analog Devices or its licensors. While you may use the Circuits from the Lab circuits in the design of your product, no other license is granted by implication or otherwise under any patents or other intellectual property by application or use of the Circuits from the Lab circuits. Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, Circuits from the Lab circuits are supplied "as is" and without warranties of any kind, express, implied, or statutory including, but not limited to, any implied warranty of merchantability, noninfringement or fitness for a particular purpose and no responsibility is assumed by Analog Devices for their use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from their use. Analog Devices reserves the right to change any Circuits from the Lab circuits at any time without notice but is under no obligation to do so. ©2012 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. CN10099sc-0-4/12(0) Rev. 0 | Page 6 of 6