电路笔记 CN-0202 连接/参考器件 Circuit from the Lab ™实验室电路是经过测试的电路设 计，用于解决常见的设计挑战，方便设计人员轻松快 捷地实现系统集成。有关更多信息和技术支持，请访 问：www.analog.com/zh/CN0202。 AD5750 工业电流/电压输出驱动器，输出范围可 编程 AD5662 16位nanoDAC® 数模转换器，SOT-23封装 ADR444 超低噪声4.096V LDO XFET基准电压源， 具有吸电流和源电流 灵活、高精度、低漂移的PLC/DCS模拟输出模块SigmaDSP音频处理器的接口 配。ADR444低漂移（B级最大为3 ppm/°C）、高初始精度 （B级最大为0.04%）和低噪声（1.8 μV p-p典型值，0.1 Hz 至10 Hz）特性，能够同时为AD5750和AD5662提供基准电 压，确保超低噪声、高精度、低温漂。这种电路具有16位 分辨率、无失码、0.05%线性度和低于0.2%的总输出误差， 提供所有典型电压和电流输出范围。 评估和设计支持 电路评估板 CN-0202电路评估板 (EVAL-CN0202-SDPZ) 系统演示平台 (EVAL-SDP-CB1Z) 设计和集成文件 原理图、布局文件、物料清单 该电路还具有一些支持工业应用的重要特性，如片内输出 故障检测和保护（短路、欠压输出、开路电流输出和过 温）、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。 电路功能与优势 图1所示电路是一种全功能、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。AD5662低功耗（0.75 mW @ 5 V）、轨到轨输出、16位nanoDAC® 转换器和AD5750工业电 流/电压输出驱动器的基准电压要求和输入输出电压完全匹 +15V +5V 10µF ADR444 VIN 0.1µF VOUT GND + 0.1µF +4.096V 10µF + 0.1µF +5V 10µF SYNC SCLK SCLK SDIN SDIN 0.1µF VDD VREF SYNCA + AD5662 VFB VOUT GND 0V TO +4.096V SYNCB DVCC VREF AVDD VIN VOUT SYNC SCLK SCLK SDIN SDIN SDO SDO AD5750 GND IOUT AVSS 0V TO 5V 0V TO 10V ±5V, ±10V 0V TO 6V 0V TO 12V ±6V, ±12V 4mA TO 20mA 0mA TO 20mA 0mA TO 24mA ±20mA, ±24mA 10µF + 0.1µF 09733-001 –15V 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） 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/zh Fax: 781.461.3113 ©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. CN-0202 电路笔记 电路描述 测量 AD5750/AD5750-1均为单通道、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。 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0V至5V电压输出模 式下获得的。所有其它范围的测试结果如表1所列。 3 2 1 INL (LSB) AD5662是一款单通道、低成本、低功耗、轨到轨电压缓冲 输出的nanoDAC®器件，它能在0.75 V至V DD电源的宽基准 电压范围内保证±1 LSB DNL，所以AD5750和AD5662可以 由ADR444提供的4.096 V公共基准电压源来供电。整个系 统将受益于ADR444的超低噪声和低温度系数。ADR44x系 列基准电压源具有源电流和吸电流能力，非常适合驱动转 换器的基准电压或电源输入。AD5662还内置一个上电复位 电路，确保DAC输出上电至中间量程或零电平并保持该电 平，直到执行一次有效的写操作为止。 –1 –2 –3 –4 –5 65536 DAC CODE 09733-002 61440 57344 53248 49152 45056 40960 36864 32768 28672 24576 20480 16384 8192 12288 0 4096 –6 图2. 0 V至5 V输出范围的INL 0.8 0.6 0.4 Rev. 0 | Page 2 of 6 0 –0.2 –0.4 –0.6 图3. 0 V至5 V输出范围的DNL 65536 61440 57344 53248 09735-003 DAC CODE 49152 45056 40960 36864 32768 28672 24576 20480 16384 12288 –0.8 8192 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（请参考指南MT-031—“实现数据转换器的接地 并解开AGND和DGND的谜团” 以及指南MT-101—“去 耦技术” ）。 0.2 4096 DNL (LSB) 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的各引脚内置ESD 保护二极管，可以防止3 kV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。EVAL-CN0202-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CN0202设计支持包的详 细原理图（EVAL-CN0202-SDPZ-SCH pdf文件）中找到： www.analog.com/CN0202-DesignSupport。 0 0 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。 4 CN-0202 电路笔记 0.014 表1所示测试结果是在25°C下使用EVAL-CN0202-SDPZ电路 板和Agilent E3631A直流电源，利用Agilent 34401A数字万用 表测得的。 0.012 OUTPUT ERROR (%FSR) 0.010 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+20.4 mA范围下的1.54% FSR输出误差包括增益误 差，增益误差由客户通过校准消除。 0.008 0.006 0.004 0.002 0 –0.002 –0.004 65536 61440 57344 09733-004 DAC CODE 53248 49152 45056 40960 36864 32768 28672 24576 20480 16384 8192 12288 0 4096 –0.006 图4. 0 V至5 V输出范围的输出误差 表1. 所有输出范围的测试结果 范围 电流检测电阻 INL (LSB) 线性度 (%FSR) 输出误差 (%FSR) 0V至5V 无关 3.5 0.009 0.02 0 V 至 10 V 无关 3.3 0.007 0.03 −5 V 至 +5 V 无关 3.6 0.008 0.13 −10 V 至 +10 V 无关 3.5 0.008 0.12 0V至6V 无关 3.6 0.008 0.03 0 V 至 12 V 无关 5.3 0.008 0.09 −6 V 至 +6 V 无关 3.3 0.008 0.15 −12 V 至 +12 V 无关 3.3 0.008 0.15 −2.5 V 至 +2.5 V 无关 3.6 0.008 0.13 4 mA 至 20 mA 内部 4.1 0.008 0.10 4 mA 至 20 mA 外部 4.1 0.010 0.08 0 mA 至 20 mA 内部 3.7 0.008 0.05 0 mA 至 20 mA 外部 4.9 0.011 0.03 0 mA 至 24 mA 内部 3.7 0.009 0.04 0 mA 至 24 mA 外部 4.7 0.012 0.03 −20 mA 至 +20 mA 内部 4.1 0.006 0.14 −20 mA 至 +20 mA 外部 3.7 0.006 0.12 −24 mA 至 +24 mA 内部 3.9 0.006 0.14 −24 mA 至 +24 mA 外部 3.3 0.005 0.12 3.92 mA 至 +20.4 mA 内部 4.4 0.010 0.20 0 mA 至 +20.4 mA 内部 3.6 0.008 1.54 0 mA 至 +24.5 mA 内部 5.1 0.008 1.43 Rev. 0 | Page 3 of 6 CN-0202 电路笔记 常见变化 开始使用 该电路介绍一种采用驱动器和DAC产品的实施方案，可以 从一系列产品中选择各种器件来实现所需性能。12位至16 位分辨率是PLC和DCS应用的一般要求。对于不需要16位分 辨率的应用，AD5620（12位）和AD5640（14位）适用，但 需提供内置基准电压源。 将CN0202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 AD5623R（12位）、AD5643R（14位）和AD5663R（16 位 ） 是 双 通 道 n a n o DA C 器 件 ， A D 5 6 2 4 R （ 1 2 位 ） 、 AD5644R（14位）和AD5664R（16位）是四通道nanoDAC 器件，均适合多通道应用。 图5所示为测试设置的功能框图。Pdf文件“EVAL-CN0202SDPZ-SCH”包含CN-0202评估板的详细电路原理图。此文 件位于CN-0202设计支持包中： www.analog.com/CN0202-DesignSupport。 AD5750-1驱动器与AD5750引脚兼容，采用1.25 V基准电压 源时，可以接受0 V至2.5 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。 设置 EVAL-CN0202-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。 电路评估与测试 设备要求（可以用同等设备代替） 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EVALCN0202-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。 • 系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z) • CN-0202电路评估板(EVAL-CN0202-SDPZ) • CN-0202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 GPIB GND +6V CN2 EVAL-CN0202-SDPZ 120 PIN SDP CN3 OR CN4 GND CN1 OUT +15V −15V GND AGILENT 34401A MULTIMETER 图5. 测试设置功能框图 Rev. 0 | Page 4 of 6 VOUT OR IOUT USB PC USB USB SDP CON A OR CON B 09735-005 AGILENT E3631A TRIPLE POWER SUPPLY CN-0202 电路笔记 表2. EVAL-CN0202-SDPZ跳线设置（粗体内容为默认设置） 跳线 JP1 JP2 JP3 JP4 JP5 JP6 描述 设置AD5750的地址 设置外部补偿电容 VSENSE+设置 VSENSE− 设置 VOUT和IOUT引脚短路 设置AD5750的CLEAR模式 设置 功能 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 短路 增加1 nF补偿电容 开路 移除1 nF补偿电容 短路 VSENSE+与VOUT内部短接 开路 VSENSE+与VOUT无内部连接 短路 VSENSE−与GND内部短接 开路 VSENSE−与GND无内部连接 短路 VOUT和IOUT短路连在一起 开路 VOUT和IOUT无内部连接 短路 清零至中间电平 开路 清零至零电平 测试 进一步阅读 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。 CN-0202 Design Support Package: http://www.analog.com/CN0202-DesignSupport 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。 Slattery, Colm, Derrick Hartmann, and Li Ke, “PLC Evaluation Board Simplifies Design of Industrial Process Control Systems.” Analog Dialogue (April 2009). 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. 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-to20 mA Output Solution Using the AD5412 , Analog Devices. CN-0209 Circuit Note, Fully Programmable Universal Analog Front End for Process Control Applications , Analog Devices. MT-031 Tutorial, Grounding Data Converters and Solving the Mystery of “AGND” and “DGND” , Analog Devices. Rev. 0 | Page 5 of 6 CN-0202 电路笔记 MT-101 Tutorial, Decoupling Techniques , Analog Devices. 修订历史 Kester, Walt. Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning, Analog Devices , 1999, ISBN 0-916550-20-6 9/11—Revision 0: Initial Version Kester, Walt. Data Conversion Handbook , Chapter 5, Analog Devices. 数据手册和评估板 CN-0202 Circuit Evaluation Board (EVAL-CN0202-SDPZ) System Demonstration Platform (EVAL-SDP-CB1Z) AD5750 Data Sheet AD5750 Evaluation Board AD5662 Data Sheet AD5662 Evaluation Board (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" 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. ©2011 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 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