日本語参考資料 最新英語回路ノートはこちら 回路ノート CN-0009 使用したリファレンス・デバイス テスト済み回路設計集“Circuits from the Lab™ ”は共 通の設計課題を対象とし、迅速で容易なシステム 統合のために製作されました。さらに詳しい情報 又は支援は http://www.analog.com/jp/CN0009 をご覧 ください。 AD5662 16 ビット nanoDAC®コンバータ AD8627 非常に低ノイズの高精度オペアンプ ADR02 高精度 5.0V 電圧リファレンス D/A コンバータ AD5662 を用いた 4mA~20mA プロセス制御ループ 回路の機能と利点 多くのプロセス制御アプリケーションでは、ノイズの多い環 境でアナログ信号を伝送するために 2 線式電流トランスミッ タがよく使用されます。このような電流トランスミッタでは、 ゼロスケールの信号で 4mA、フルスケールの信号で 20 mA の電流が使用され、これは 4mA~20mA 変換を意味します。 このドキュメントで説明する回路は、16 ビットの分解能と単 調増加性を備えた低消費電力の電流トランスミッタを実現し ます。この回路の電源は 4mA~20mA の制御ループ電源から直 接供給され、消費電流は 4 mA 以下です。消費電流が 4 mA 以上になるようなトランスミッタはループ電源から直接給電 できないので、この場合は追加の電源が必要です。 ループ電流は、RS での降下電圧 VOUT を測定することで検出 されます。D/A コンバータの出力が 0 V の場合、R2 と R3 を流 れる電流は次式のようになります。 5V VREF = = 5 µA R2 1 MΩ (1) この場合、PCB のグランドは、RS の負荷側で測定される電圧 より 349 mV 高い電圧になります。これは次式のループ電流 に相当します。 VOUT 349 mV = = 3.49 mA RS 100 Ω (2) DAC 出力がフルスケールの 5V の場合、R2 を流れる電流は次 式のようになります。 回路説明 この回路は、nanoDAC コンバータ AD5662 をコントローラと して用いて、プログラム可能な 4 mA ~20 mA の出力電流を供 給します。 5V VREF = = 5 µA R2 1 MΩ (3) EXTERNAL LOOP SUPPLY 7V TO 36V + SYNC SCLK DIN PCB GROUND VOUT LOOP SUPPLY GROUND 08195-001 69.8kΩ 図 1. プログラム可能な 4mA~20mA プロセス制御回路（簡略化された回路図） アナログ・デバイセズ社は、提供する情報が正確で信頼できるものであることを期していますが、その情報の利用に関して、あるいは利用に よって生じる第三者の特許やその他の権利の侵害に関して一切の責任を負いません。また、アナログ・デバイセズ社の特許または特許の権利 の使用を明示的または暗示的に許諾するものでもありません。仕様は、予告なく変更される場合があります。本紙記載の商標および登録商標 は、各社の所有に属します。※日本語資料は REVISION が古い場合があります。最新の内容については、英語版をご参照ください。 Rev. A ©2015 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 本 社／〒105-6891 東京都港区海岸 1-16-1 ニューピア竹芝サウスタワービル 電話 03（5402）8200 大阪営業所／〒532-0003 大阪府大阪市淀川区宮原 3-5-36 新大阪トラストタワー 電話 06（6350）6868 CN-0009 回路ノート R1 を流れる電流は次式のようになります。 5V VREF = = 25 µA R1 200 kΩ (4) したがって、R3 を流れる電流は次のようになります。 VREF VREF + = 5 µA + 25 µA = 30 µA R2 R1 (5) これにより、RS 両端の電圧 VOUT は次式と等しくなります。 30 µA × 69.8 kΩ = 2.09 V (6) AD8627 周辺の帰還ループは、非反転入力の電圧が PCB のグ ランド電圧に等しくなるように働きます。したがって、出力 電流はデジタル・コードに正比例します。AD8627 は、非反 転ノードでの電流合算値を満足 するように DAC 出力電流を 調整します。出力電流は次式によって計算されます。 I OUT = R3 R3 1 + VREF × VDAC × RS R1 R2 許容できるループ電源の制限値は ADR02 の最小入力電圧(7V) と最大入力電圧(36 V) によって設定されます。2N3904 の最大 許容消費電力は 25°C で 625 mW であるため、ループ電源電圧 が 30V を超える場合は、より大電力のトランジスタを使う必 要があります。2N3904 内の消費電力は、電圧を降下させるた めの適切な抵抗をコレクタに直列に接続することで低減する ことができます。 バリエーション回路 (7) 図 1 に示された値の場合は次にようになります。 I OUT = (0.266 µA × D ) + 3.49 mA このコントローラのバイアスは高精度 5V リファレンス ADR02 によって供給されています。ADR02 の初期出力電圧 精度が高く、AD8627 と AD5662 がいずれも低電源電流である ため、この回路には外部トリミングが不要です。 この基本回路は柔軟性が高く、数多くの異なるリファレンス や出力電圧の DAC およびオペアンプに対応することができま す。要検討項目は、リファレンス精度、DAC の分解能、アン プのオフセット電圧です。何より必要なことは、回路全体が ループ電源電圧で動作しなければならないことで、静止電流 を 4 mA 以下(DAC コードが 0x0000 の場合)に抑えなければな りません。 (8) ここで、D の値は 0 ≤ D ≤ 65,535 です。この回路では、 AD5662 のデジタル・コードが 0xFFFF に等しいときにフルス ケールの出力電流は 20.9 mA となります。同様に、AD5662 の デジタル・コードが 0x0000 のときの出力電流は 3.49 mA とな ります。電流範囲(3.49 mA to 20.9 mA)の拡張により、ユーザ ーがソフトウェアと AD5662 の 16 ビットの分解能を使って 4mA ~ 20mA の範囲を較正することができます。この回路で は、ループ電源のパワーオン・トランジェントによって AD8627 の非反転入力が反転入力より 300mV 以上低くならな いようにするため、ショットキ―・ダイオードが必要です。 このショットキ―・ダイオードは少なくともフル・ループ負 荷である 20 mA を処理できるものでなければなりません。 さらに詳しい資料 Voltage Reference Wizard Design Tool データシート AD5662 データシート AD8627 データシート ADR02 データシート 改訂履歴 5/09—Rev. 0 to Rev. A Updated Format .......................................................................Universal 10/08—Revision 0: 初版 「Circuits from the Lab／実用回路集」はアナログ・デバイセズ社製品専用に作られており、アナログ・デバイセズ社またはそのライセンスの供与者の知的所有物です。お客さまは 製品設計で「Circuits from the Lab／実用回路集 」を使用することはできますが、その回路例を利用もしくは適用したことにより、特許権またはその他の知的所有権のもとでの暗示 的許可、またはその他の方法でのライセンスを許諾するものではありません。アナログ・デバイセズ社の提供する情報は正確でかつ信頼できるものであることを期しています。し かし、「Circuits from the Lab／実用回路集 」は現状のまま、かつ商品性、非侵害性、特定目的との適合性の暗示的保証を含むがこれに限定されないいかなる種類の明示的、暗示 的、法的な保証なしで供給されるものであり、アナログ・デバイセズ社はその利用に関して、あるいは利用によって生じる第三者の特許権もしくはその他の権利の侵害に関して一 切の責任を負いません。アナログ・デバイセズ社はいつでも予告なく「Circuits from the Lab／実用回路集 」を変更する権利を留保しますが、それを行う義務はありません。 商標お よび登録商標は各社の所有に属します。 ©2015 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Rev. A 商標および登録商標は各社の所有に属します。 －2/2 －