电路笔记 CN-0203 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 AD5750-1 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/CN0203。 AD5660-1 工业电流/电压输出驱动器，输出范 围可编程 16 位nanoDAC®数模转换器，内置 5 ppm/°C片内基准电压源，采用 SOT-23 封装 仅需使用两个模拟器件的灵活的 PLC/DCS 模拟输出模块 评估和设计支持 分布式控制系统(DCS)应用的大部分要求。AD5660-1是一款低 电路评估板 功耗(2.8 mW @ 5 V)、轨到轨输出、16 位nanoDAC®，AD5750-1 CN-0203电路评估板(EVAL-CN0203-SDPZ) 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 系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z) 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 设计和集成文件 原理图、布局文件、物料清单 用的重要特性，如片内输出故障检测、用于防止分组错误(PEC) 电路功能与优势 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 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 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 编程的模拟输出解决方案，它满足可编程逻辑控制器(PLC)和 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） 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-0203 电路笔记 电路描述 测量 AD5750/AD5750-1是单通道、低成本、精密电压/电流输出驱动 对于PLC、DCS和其它过程控制系统，积分非线性(INL)、微分 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 非线性(DNL)和输出误差是最重要的性能指标。AD5750-1具有 以针对PLC和DCS应用的标准输出范围进行编程：0 V至 5 V、 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 0 V至 10 V、−5 V至+5 V和−10 V至+10 V。针对标准范围，还 的INL、DNL和输出误差测量结果分别如图 2、图 3 和图 4 所 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、 示。测量条件为 25°C、电压输出模式并且使用内部电流检测 0 V至 12 V、−6 V至+6 V和−12 V至+12 V。 电阻。AD5750-1范围设置为 0 V至 5 V。所有其它范围的测试 电流输出通过单独的引脚提供，可以编程为以下范围：4 mA 结果如表 1 所列。 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 图 2. 0 V 至 5 V 输出范围的 INL 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/zh/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”）。 Rev. 0 | Page 2 of 6 图 3. 0 V 至 5 V 输出范围的 DNL CN-0203 电路笔记 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。 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 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 Rev. 0 | Page 3 of 6 CN-0203 电路笔记 常见变化 开始使用 AD5620（12 位）和AD5640（14 位）与AD5660引脚兼容，适 将 CN-0203 评估软件光盘放进 PC 的光盘驱动器，加载评估软 合不需要 16 位分辨率的应用。 件。打开“我的电脑”，找到包含评估软件光盘的驱动器，打 AD5623R（12 位）、AD5643R（14 位）和AD5663R（16 位） 开 Readme 文件。按照 Readme 文件中的说明安装和使用评估 是双通道nanoDAC器件，AD5624R（12 位）、AD5644R（14 软件。 位）和AD5664R（16 位）是四通道nanoDAC器件，均适合多 功能框图 通道应用。 图 5 所示为测试设置的功能框图。Pdf文件“EVAL-CN0203- AD5750驱动器与AD5750-1引脚兼容，采用 4.096 V基准电压源 SDPZ-SCH”包含CN-0203 评估板的详细电路原理图。此 时，可以接受 0 V至 4.096 V的输入范围。AD5751是单极性模 文件位于CN-0203 设计支持包中： 拟输出驱动器，使用 50 V AVDD电源时，可以提供 40 V输出。 www.analog.com/zh/CN0203-DesignSupport。 电路评估与测试 设备要求（可以用同等设备代替） 设置 y 系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z) EVAL-SDP-CB1Z (SDP)评估板上标有“CON A”或“CON B” y CN-0203 电路评估板(EVAL-CN0203-SDPZ) y CN-0203 评估软件 y 用于控制外部测试测量设备的软件（CD 中未包括） y Agilent 34401A 6.5 数字万用表 引脚，将一个−15 V 电源连接到标有“−15 V”的 CN1 引脚， y Agilent E3631A 0 V-6 V/5 A、±25 V/1 A 三路输出直流电源 将“GND”连接到标有“GND”的 CN1 引脚。以同样方式将 y 带USB接口的PC（Windows® 2000 或Windows XP） +6 V 连接到 CN2。接通电源，然后将 SDP 板附带的 USB 电缆 y National Instruments GPIB 转 USB-B 接口和电缆 EVAL-CN0203-SDPZ 电路板上的 120 引脚连接器连接到 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 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 Rev. 0 | Page 4 of 6 CN-0203 电路笔记 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 JP1 设置AD5750-1的地址 JP2 设置外部补偿电容 JP3 VSENSE+设置 JP4 VSENSE−设置 JP5 VOUT和IOUT引脚短路 JP6 设置AD5750-1的CLEAR模式 设置 引脚1与引脚2短接 引脚3与引脚2短接 短路 开路 短路 开路 短路 开路 短路 开路 短路 开路 功能 AD5750的地址：b'001 AD5750的地址：b'000 增加1 nF补偿电容 移除1 nF补偿电容 VSENSE+与VOUT内部短接 VSENSE+与VOUT无内部连接 VSENSE−与GND内部短接 VSENSE−与GND无内部连接 VOUT和IOUT短路连在一起 VOUT和IOUT无内部连接 清零至中间电平 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” CN-0203 Design Support Package: www.analog.com/CN0203-DesignSupport 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 Slattery, Colm, Derrick Hartmann, and Li Ke, "PLC Evaluation 正确。测试INL、DNL和总误差需要相当长的时间，因为 Board Simplifies Design of Industrial Process Control Systems.” AD5660-1 16 位DAC的所有电平都需要由 34401A设置并测量。 Analog Dialogue (April 2009). 利用 CD 中提供的软件，可以通过 PC 设置 DAC 代码。需要 CN-0063 Circuit Note, 16-Bit Fully Isolated Voltage Output 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 Module Using the AD5662 DAC, ADuM1401 Digital Isolator, 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 and External Amplifiers, Analog Devices. 予以实现。 CN-0064 Circuit Note, 16-Bit Fully Isolated 4 mA to 20 mA 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。 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-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. MT-031 Tutorial, Grounding Data Converters and Solving the Mystery of “AGND” and “DGND”, Analog Devices. Rev. 0 | Page 5 of 6 CN-0203 电路笔记 MT-101 Tutorial, Decoupling Techniques, Analog Devices. 修订历史 Kester, Walt. Practical Design Techniques for Sensor Signal 9/11—Revision 0: Initial Version Conditioning, Analog Devices, 1999, ISBN 0-916550-20-6 Kester, Walt. Data Conversion Handbook, Chapter 5, Analog Devices. 数据手册和评估板 CN-0203 Circuit Evaluation Board (EVAL-CN0203-SDPZ) System Demonstration Platform (EVAL-SDP-CB1Z) AD5750-1 Data Sheet AD5750-1 Evaluation Board AD5660-1 Data Sheet AD5660-1 Evaluation Board AD5662 Data Sheet (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. 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