16位、串行输入、 环路供电、4 mA至20 mA DAC AD5421 产品特性 概述 16位分辨率和单调性 引脚可选的NAMUR兼容范围 4 mA至20 mA 3.8 mA至21 mA 3.2 mA至24 mA NAMUR兼容报警电流 下限报警电流 = 3.2 mA 上限报警电流 = 22.8 mA/24 mA 总不可调整误差(TUE)：0.05%(最大值) 积分非线性(INL)误差：0.0035% FSR(最大值) 输出温度系数：3 ppm/°C(典型值) 静态电流：300 µA(最大值) 灵活的SPI兼容型串行数字接口采用施密特触发式输入 通过FAULT引脚或报警电流提供片内故障报警 每个写周期自动回读故障寄存器 压摆率控制功能 增益和失调调整寄存器 片内基准源温度系数：4 ppm/°C(最大值) 可选的稳压输出 环路电压范围：5.5 V至52 V 温度范围：−40°C至+105°C TSSOP和LFCSP封装 AD5421是一款完整的环路供电型4 mA-20 mA数模转换器 (DAC)，专为满足工业控制领域智能发射器制造商的需求 而设计。作为一种完全集成的高精度、低成本解决方案， 该器件采用紧凑型TSSOP和LFCSP封装。 AD5421内置一路稳压输出，用于为自身及发射器中的其它 器件供电。此稳压器提供1.8 V至12 V的调节输出电压。该器 件还内置1.22 V和2.5 V基准电压源，因而不需要分立稳压器和 基准电压源。 AD5421可以结合标准HART® FSK协议通信电路使用，而且 额定性能不会受到影响。高速串行接口能够以30 MHz速率 工作，并且允许通过一个SPI兼容型三线式接口与常用的 微处理器和微控制器简单相连。 AD5421保证16位单调性。典型条件下，积分非线性为 0.0015%，失调误差为0.0012%，增益误差为0.0006%。 它采用28引脚TSSOP和32引脚LFCSP封装，额定温度范围 为−40°C至+105°C扩展工业温度范围。 配套低功耗产品 HART调制解调器：AD5700、AD5700-1 微控制器：ADuCM360 应用 工业过程控制 4 mA至20 mA环路供电发射器 智能发射器 HART网络连接 功能框图 IODVDD DVDD LOOP VOLTAGE MONITOR FAULT SYNC SCLK SDIN SDO LDAC VLOOP REG_SEL0 REG_SEL1 REG_SEL2 REGOUT REGIN INPUT REGISTER CONTROL LOGIC GAIN/OFFSET ADJUSTMENT REGISTERS VOLTAGE REGULATOR DRIVE RSET 24kΩ 16 16-BIT DAC COM TEMPERATURE SENSOR 11.5kΩ 52Ω LOOP– ALARM_CURRENT_DIRECTION VREF AD5421 RINT/REXT REFOUT2 REFOUT1 REFIN CIN REXT1 REXT2 09128-001 RANGE0 RANGE1 图1. Rev. F Document Feedback Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 ©2011–2013 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Technical Support www.analog.com 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。 AD5421 目录 特性.................................................................................................. 1 应用.................................................................................................. 1 概述.................................................................................................. 1 配套低功耗产品............................................................................ 1 功能框图 ......................................................................................... 1 修订历史 ......................................................................................... 3 技术规格 ......................................................................................... 4 交流工作特性 ........................................................................... 9 时序特性.................................................................................... 9 绝对最大额定值.......................................................................... 11 热阻 .......................................................................................... 11 ESD警告................................................................................... 11 引脚配置和功能描述 ................................................................. 12 典型性能参数 .............................................................................. 14 术语................................................................................................ 20 工作原理 ....................................................................................... 21 故障报警.................................................................................. 21 外部电流设置电阻 ................................................................ 22 环路电流范围选择 ................................................................ 22 环路电源连接 ......................................................................... 22 片内ADC ................................................................................. 23 稳压器 ...................................................................................... 23 环路电流摆率控制 ................................................................ 23 上电默认值 ............................................................................. 24 HART通信............................................................................... 24 串行接口 ....................................................................................... 26 输入移位寄存器..................................................................... 26 寄存器回读 ............................................................................. 26 DAC寄存器............................................................................. 27 控制寄存器 ............................................................................. 28 故障寄存器 ............................................................................. 29 失调调整寄存器..................................................................... 30 增益调整寄存器..................................................................... 30 应用信息 ....................................................................................... 32 确定预期总误差..................................................................... 32 散热和电源考量..................................................................... 34 外形尺寸 ....................................................................................... 35 订购指南.................................................................................. 36 Rev. F | Page 2 of 36 AD5421 修订历史 2013年1月—修订版E至修订版F 移动修订历史部分 ....................................................................... 3 更改表7 ......................................................................................... 11 更改表8 ......................................................................................... 13 更改片内ADC部分 ..................................................................... 23 更改表19和片内ADC传递函数公式部分.............................. 29 2012年7月—修订版D至修订版E 更改图1和配套产品部分............................................................. 1 更改引脚LOOP-描述 ................................................................. 12 更改“应用信息”部分和图49..................................................... 31 增加图50 ....................................................................................... 32 2012年12月-修订版C至修订版D 更改特性部分和应用部分；添加配套产品部分................... 1 更改表1的电压调整率参数 ........................................................ 5 更新“外形尺寸”........................................................................... 33 2011年12月—修订版B至修订版C 更改REFOUT1引脚、容性负载参数、测试条件、表1....... 4 更改REGOUT输出、容性负载参数、测试条件、表1........ 5 更改表6的ESD参数 .................................................................... 10 2011年12月—修订版A至修订版B 增加32引脚LFCSP...................................................................通篇 更改技术规格部分、表1............................................................. 3 更改表7 ......................................................................................... 10 增加图5；重新排序 ................................................................... 11 更改表8 ......................................................................................... 11 更改图33 ....................................................................................... 17 更改片内ADC部分 ..................................................................... 22 更改图46 ....................................................................................... 23 更改图48 ....................................................................................... 24 更改寄存器回读部分 ................................................................. 25 更新“外形尺寸”........................................................................... 33 更改“订购指南”........................................................................... 34 2011年5月—修订版0至修订版A 更改表8中的REGIN、REFOUT1和REFOUT2引脚描述 ... 10 更改图45 ....................................................................................... 22 更改输入移位寄存器部分、表11和寄存器回读部分 ........ 24 更改图48 ....................................................................................... 30 2011年2月—修订版0：初始版 Rev. F | Page 3 of 36 AD5421 技术规格 环路电压 = 24 V；REFIN = 2.5 V外部基准电压；RL = 250 Ω；连接外部NMOS；所有环路电流范围；除非另有说明， 所有规格均相对于TMIN至TMAX而言。 表1. 参数1 精度(内部RSET) 分辨率 总不可调整误差(TUE)2 TUE长期稳定性 相对精度(INL) 差分非线性(DNL) 失调误差 失调误差TC3 增益误差 增益误差TC3 满量程误差 满量程误差TC3 下限报警电流 上限报警电流 最小值 16 −0.126 −0.041 −0.18 −0.06 −0.27 −0.08 −0.0035 −0.012 −0.024 −1 −0.056 −0.008 −0.11 −0.107 −0.035 −0.2 −0.126 −0.041 −0.25 典型值 ±0.0064 ±0.011 ±0.011 210 ±0.0015 ±0.006 ±0.01 ±0.0008 ±0.0008 1 ±0.0058 ±0.0058 4 ±0.0065 ±0.0065 5 最大值 +0.126 +0.041 +0.18 +0.06 +0.27 +0.08 +0.0035 +0.012 +0.024 +1 +0.056 +0.008 +0.11 +0.107 +0.035 +0.2 +0.126 +0.041 +0.25 3.19 22.77 23.97 3.21 22.83 24.03 16 −0.048 −0.027 −0.08 −0.04 +0.048 +0.027 +0.08 +0.04 单位 位 % FSR % FSR % FSR % FSR % FSR ppm FSR % FSR % FSR % FSR LSB % FSR % FSR % FSR ppm FSR/°C % FSR % FSR % FSR ppm FSR/°C % FSR % FSR % FSR ppm FSR/°C mA mA mA 精度(24 kΩ外部RSET) 分辨率 总不可调整误差(TUE)2 TUE长期稳定性 相对精度(INL) 差分非线性(DNL) 失调误差 失调误差TC3 增益误差 −0.0035 −0.012 −1 −0.021 −0.007 −0.03 −0.023 ±0.002 ±0.003 40 ±0.0015 ±0.006 ±0.0012 0.5 ±0.0006 +0.0035 +0.012 +1 +0.021 +0.007 +0.03 +0.023 Rev. F | Page 4 of 36 位 % FSR % FSR % FSR % FSR ppm FSR % FSR % FSR LSB % FSR % FSR ppm FSR/°C % FSR % FSR 测试条件/注释 C级 C级，TA = 25°C B级 B级，TA = 25°C A级 A级，TA = 25°C 1000小时后的漂移，TA = 125°C C级 B级 A级 保证单调性 B级和C级 B级和C级，TA = 25°C A级 B级和C级 B级和C级，TA = 25°C A级 B级和C级 B级和C级，TA = 25°C A级 4 mA至20 mA和3.8 mA至21 mA范围 3.2 mA至24 mA范围 假设为理想电阻，仅适用于 B级和C级；不适用于A级 C级 C级，TA = 25°C B级 B级，TA = 25°C 1000小时后的漂移，TA = 125°C C级 B级 保证单调性 TA = 25°C TA = 25°C AD5421 参数1 增益误差TC3 满量程误差 满量程误差TC3 下限报警电流 上限报警电流 输出特性3 环路恒流输出电压4 最小值 −0.047 −0.028 最大值 +0.047 +0.028 3.21 23 24.01 LOOP− + 5.5 LOOP− + 12.5 环路电流误差与REGOUT负载电流的 关系 阻性负载 0 感性负载 电源灵敏度 输出阻抗 12 输出TC 输出噪声 0.1 Hz至10 Hz 500 Hz至10 kHz 噪声频谱密度 75 2.498 输出噪声(0.1 Hz至10 Hz)3 噪声频谱密度3 输出电压漂移与时间的关系3 容性负载3 负载电流3, 6 短路电流3 电源灵敏度3 热滞3 负载调整率3 输出阻抗 REFOUT2引脚 输出电压 输出阻抗 ±0.0017 1 3.08 22.78 23.99 环路电流长期稳定性 基准电压输入(REFIN引脚)3 基准输入电压5 直流输入阻抗 基准输出 REFOUT1引脚 输出电压 温度系数 典型值 1 1.18 单位 ppm FSR/°C % FSR % FSR ppm FSR/°C mA mA mA 100 V V ppm FSR 15 ppm FSR 1.2 µA/mA 2 测试条件/注释 TA = 25°C 4 mA至20 mA和3.8 mA至21 mA范围 3.2 mA至24 mA范围 REGOUT < 5.5 V，环路电流 = 24 mA REGOUT = 12 V，环路电流 = 24 mA 1000小时后的漂移，TA = 125°C， 环路电流 = 12 mA，内部RSET 1000小时后的漂移，TA = 125°C， 环路电流 = 12 mA，外部RSET 环路电流 = 12 mA，REGOUT的负载 电流 = 5 mA 负载调整图参见图20 稳定工作 环路电流 = 12 mA 400 3 1 kΩ mH µA/V MΩ ppm FSR/°C ppm FSR/°C 50 0.2 nA p-p mV rms HART带宽，在500 Ω负载上测量 195 256 nA/√Hz nA/√Hz 1 kHz时 10 kHz时 2.5 800 V MΩ 额定性能 V ppm/°C ppm/°C ppm/°C µV p-p nV/√Hz nV/√Hz ppm nF mA mA µV/V ppm ppm mV/mA Ω TA = 25°C C级 B级 A级 50 0.1 2.5 1.5 2 4 7.5 245 70 200 10 4 6.5 2 285 5 0.1 0.1 2.503 4 8 10 1.227 72 1.28 12 0.2 Rev. F | Page 5 of 36 V kΩ 环路电流 = 12 mA，内部RSET 环路电流 = 12 mA，外部RSET 1 kHz时 10 kHz时 1000小时后的漂移，TA = 125°C 推荐工作模式 短路至COM 第一温度周期 第二温度周期 0 mA和1 mA负载下测量 TA = 25°C AD5421 参数1 REGOUT输出 输出电压 输出电压TC3 输出电压精度 外部可用电流3, 6 最小值 1.8 −4 3.15 短路电流 电压调整率3 负载调整率3 感性负载 容性负载 ADC精度 芯片温度 VLOOP输入 DVDD OUTPUT 输出电压 外部可用电流3, 6 短路电流 负载调整率 数字输入3 输入高电压VIH 输入低电压VIL 迟滞 输入电流 引脚电容 数字输出3 SDO引脚 输出低电压VOL 输出高电压VOH 高阻抗漏电流 高阻抗输出电容 FAULT引脚 输出低电压VOL 输出高电压VOH 故障阈值 ILOOP欠流 ILOOP过流 温度140°C 温度100°C VLOOP 6V VLOOP 12V 典型值 2 110 ±2 最大值 单位 12 V ppm/°C % mA +4 23 500 10 8 50 10 mA V/V V/V mV/mA mH µF ±5 ±1 °C % 测试条件/注释 稳压器输出 见表10 假定HART通信期间环路中的 电流为4 mA 内部NMOS 外部NMOS 稳定工作 推荐工作模式 可过载至最高5.5 V 3.17 3.15 3.3 3.48 7.7 45 V mA mA mV/mA 0.7 × IODVDD 0.25 × IODVDD 0.21 0.63 1.46 −0.015 +0.015 5 0.4 IODVDD − 0.5 −0.01 +0.01 5 0.4 IODVDD − 0.5 ILOOP − 0.01% FSR ILOOP + 0.01% FSR 133 90 0.3 0.6 Rev. F | Page 6 of 36 V V V V V µA pF 假定HART通信期间环路中的 电流为4 mA 0 mA和3 mA负载下测量 SCLK, SYNC, SDIN, LDAC IODVDD = 1.8 V IODVDD = 3.3 V IODVDD = 5.5 V 每引脚 每引脚 V V µA pF V V mA mA °C °C V V 温度 ≤ 125°C时故障消除 温度 ≤ 85°C时故障消除 VLOOP ≥ 0.4 V时故障消除 VLOOP ≥ 0.7 V时故障消除 AD5421 参数1 电源要求 REGIN IODVDD 静态电流 1 2 3 4 5 6 最小值 典型值 最大值 单位 测试条件/注释 V V µA 相对于LOOP− 相对于COM 260 52 5.5 300 5.5 1.71 温度范围：−40°C至+105°C；+25°C(典型值)。 总不可调整误差是AD5421经工厂校准后的总测量误差(失调误差 + 增益误差 + 线性误差 + 整个温度范围内的输出漂移)。系统级总误差可以利用失调和增 益寄存器降低。 通过设计和特性保证，但未经生产测试。 LOOP−与REGIN之间的电压必须为5.5 V或更大。 AD5421经过工厂校准，条件是将外部2.5 V基准电压源连接到REFIN。 这是输出能够流出的电流。负载电流源自环路，因而是总功耗值的一部分。 Rev. F | Page 7 of 36 AD5421 环路电压 = 24 V；REFIN = REFOUT1(2.5 V内部基准电压)；RL = 250 Ω；连接外部NMOS；所有环路电流范围； 除非另有说明，所有规格均相对于TMIN至TMAX而言。 表2. 参数1, 2 精度(内部RSET) 总不可调整误差(TUE)3 相对精度(INL) 失调误差 失调误差TC 增益误差 增益误差TC 满量程误差 满量程误差TC 精度(24 kΩ外部RSET) 总不可调整误差(TUE)3 相对精度(INL) 失调误差 失调误差TC 增益误差 增益误差TC 满量程误差 满量程误差TC 1 2 3 最小值 −0.157 −0.117 −0.004 −0.004 −0.04 −0.025 −0.128 −0.093 −0.157 −0.117 C级 典型值 ±0.0172 ±0.0015 ±0.0025 1 ±0.0137 5 ±0.0172 6 最大值 单位 +0.157 +0.117 +0.004 +0.004 +0.04 +0.025 % FSR % FSR % FSR % FSR % FSR % FSR ppm FSR/°C % FSR % FSR ppm FSR/°C % FSR % FSR ppm FSR/°C +0.128 +0.093 +0.157 +0.117 测试条件/注释 TA = 25°C TA = 25°C TA = 25°C TA = 25°C TA = 25°C 假设为理想电阻 −0.133 −0.133 −0.004 −0.004 −0.029 −0.029 −0.11 −0.106 −0.133 −0.133 ±0.0252 ±0.0015 ±0.0038 0.5 ±0.0197 2 ±0.0252 2 +0.133 +0.133 +0.004 +0.004 +0.029 +0.029 +0.11 +0.106 +0.133 +0.133 % FSR % FSR % FSR % FSR % FSR % FSR ppm FSR/°C % FSR % FSR ppm FSR/°C % FSR % FSR ppm FSR/°C TA = 25°C TA = 25°C TA = 25°C TA = 25°C TA = 25°C 温度范围：−40°C至+105°C；+25°C(典型值)。 规格通过设计和特性保证，未经生产测试。 总不可调整误差是AD5421经工厂校准后的总测量误差(失调误差 + 增益误差 + 线性误差 + 整个温度范围内的输出漂移)。系统级总误差可以利用失调和增 益寄存器降低。 Rev. F | Page 8 of 36 AD5421 交流工作特性 环路电压 = 24 V；REFIN = 2.5 V外部基准电压；RL = 250 Ω；除非另有说明，所有规格均相对于TMIN至TMAX而言。 表3. 参数1 最小值 动态性能 环路电流建立时间 环路电流压摆率 交流环路电压灵敏度 1 最小值 最大值 50 400 1.3 单位 测试条件/注释 µs µA/µs µA/V 至0.1% FSR，CIN = 开路 CIN = 开路 1200 Hz至2200 Hz，5 V p-p，RL = 3 kΩ 温度范围：−40°C至+105°C；+25°C(典型值)。 时序特性 环路电压 = 24 V；REFIN = 2.5 V外部基准电压；RL = 250 Ω；所有规格均相对于TMIN至TMAX而言。 表4. 参数1, 2, 3 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13 1 2 3 在TMIN、TMAX的限值 单位 ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) ns(最小值) µs(最小值) ns(最小值) ns(最小值) µs(最小值) ns(最小值) ns(最大值) ns(最小值) ns(最大值) 33 17 17 17 10 25 5 5 25 10 70 0 70 描述 SCLK周期时间 SCLK高电平时间 SCLK低电平时间 SYNC 下降沿到SCLK下降沿建立时间 SCLK下降沿到SYNC上升沿 最小SYNC高电平时间 数据建立时间 数据保持时间 SYNC 上升沿到LDAC下降沿 LDAC 低电平脉冲宽度 SCLK上升沿到SDO有效(CL SDO = 30 pF) SYNC 下降沿到SCLK上升沿建立时间 SYNC 上升沿至SDO三态(CL SDO = 30 pF) 通过设计和特性保证，但未经生产测试。 所有输入信号均指定tR = tF = 5 ns(DVDD的10%到90%)，并从1.2 V电平起开始计时。 参见图2和图3。 表5. SPI看门狗超时时间 T0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 参数1 T1 0 0 1 1 0 0 1 1 T2 0 1 0 1 0 1 0 1 最小值 43 87 436 873 1746 2619 3493 4366 典型值 50 100 500 1000 2000 3000 4000 5000 最大值 59 117 582 1163 2326 3489 4652 5814 规格通过设计和特性保证，未经生产测试。 Rev. F | Page 9 of 36 单位 ms ms ms ms ms ms ms ms AD5421 时序图 t1 t12 SCLK 1 8 2 9 10 11 t3 SDIN D23 D16 t4 SDO D15 12 22 24 23 t2 D14 D13 D2 D1 D0 t8 t7 t13 D15 t6 D14 D13 D2 D1 D0 t5 t11 SYNC t10 09128-002 t9 LDAC 图2. 串行接口时序图 SDIN 1 8 9 D23 D16 D15 24 D0 1 8 D23 D16 24 D15 D0 NOP OR REGISTER ADDRESS INPUT WORD SPECIFIES REGISTER TO BE READ SDO 9 D15 UNDEFINED DATA D0 SPECIFIED REGISTER DATA CLOCKED OUT SYNC 图3. 回读时序图 Rev. F | Page 10 of 36 09128-003 SCLK AD5421 绝对最大额定值 T 除非另有说明，T = 25°C。100 mA以下的瞬态电流不会造 A 成SCR闩锁。 表6. 参数 REGIN至COM REGOUT至COM COM RANGE0、RANGE1、RINT/ REXT、 ALARM_CURRENT_ DIREC TION、 REG_SEL0、 REG_SEL1、REG_SEL2的数字 输入 额定值 −0.3 V至+60 V −0.3 V至+14 V −0.3 V至DVDD + 0.3 V或+7 V (取较小者) 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损 坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任何其它 超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推断器件 能否正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响 器件的可靠性。 热阻 θJA针对最差条件；即器件焊接在电路板上以实现表贴封装。 表7. 热阻 COM SCLK、SDIN、SYNC、LDAC的 −0.3 V至IODVDD + 0.3 V或+7 V 数字输入 (取较小者) COM SDO、FAULT的数字输出 −0.3 V至IODVDD + 0.3 V或+7 V (取较小者) REFIN至COM −0.3 V至+7 V REFOUT1、REFOUT2 −0.3 V至+4.7 V VLOOP至COM −0.3 V至+60 V LOOP−至COM −5 V至+0.3 V DVDD至COM −0.3 V至+7 V IODVDD至COM −0.3 V至+7 V REXT1、CIN至COM −0.3 V至+4.3 V REXT2至COM −0.3 V至+0.3 V DRIVE至COM −0.3 V至+11 V 工作温度范围(TA) −40°C至+105°C 工业 −65°C至+150°C 存储温度范围 125°C 结温(TJ MAX) (TJ MAX− TA)/θJA 功耗 JEDEC工业标准J-STD-020 引脚温度，焊接(10秒) ESD 人体模型 3 kV 场感应充电器件模型 2 kV 机器放电模型 200 V 封装类型 28引脚TSSOP_EP (RE-28-2) 32引脚LFCSP_WQ (CP-32-11) θJA 32 40 θJC 9 7 单位 °C/W °C/W ESD警告 Rev. F | Page 11 of 36 ESD(静电放电)敏感器件。 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。 尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高 能量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采取适当 的ESD防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。 AD5421 27 REGIN SCLK 3 26 DRIVE SDIN 5 AD5421 LDAC 6 TOP VIEW (Not to Scale) FAULT 7 25 VLOOP 24 LOOP– SDIN LDAC FAULT COM DVDD ALARM CURRENT DIRECTION RINT/REXT RANGE 0 23 REXT2 22 REXT1 20 REFOUT1 RINT/REXT 10 19 REFOUT2 RANGE0 11 18 REFIN RANGE1 12 17 REG_SEL0 COM 13 16 REG_SEL1 COM 14 15 REG_SEL2 NOTES 1. THE EXPOSED PADDLE SHOULD BE CONNECTED TO THE SAME POTENTIAL AS THE COM PIN AND TO A COPPER PLANE FOR OPTIMUM THERMAL PERFORMANCE. 09128-004 ALARM_CURRENT_DIRECTION 9 PIN 1 INDICATOR AD5421 TOP VIEW (Not to Scale) 24 23 22 21 20 19 18 17 VLOOP LOOP– REXT2 REXT1 CIN REFOUT1 REFOUT2 REFIN 9 10 11 12 13 14 15 16 21 CIN DVDD 8 1 2 3 4 5 6 7 8 图4. TSSOP引脚配置 NC RANGE 1 COM COM REG_SEL2 REG_SEL1 REG_SEL0 NC SYNC 4 32 31 30 29 28 27 26 25 28 REGOUT SDO 2 NOTES 1. NO CONNECT. DO NOT CONNECT TO THIS PIN. 2. THE EXPOSED PADDLE SHOULD BE CONNECTED TO THE SAME POTENTIAL AS THE COM PIN AND TO A COPPER PLANE FOR OPTIMUM THERMAL PERFORMANCE. 09128-100 IODVDD 1 SYNC SCLK SDO IODVDD REGOUT REGIN DRIVE NC 引脚配置和功能描述 图5. LFCSP引脚配置 表8. 引脚功能描述 引脚编号 TSSOP LFCSP 1 29 2 30 引脚名称 IODVDD SDO 3 4 31 32 SCLK SYNC 5 6 1 2 SDIN LDAC 7 3 故障 8 9 5 6 10 7 DVDD ALARM_ CURRENT_ DIRECTION RINT/REXT 11, 12 8, 10 RANGE0, RANGE1 描述 数字接口电源引脚。数字阈值参考施加于此引脚的电压。1.71 V至5.5 V电压可施加于此引脚。 串行数据输出。用于从输入移位寄存器逐个输出数据。数据在SCLK上升沿逐个输出，而且在 SCLK下降沿有效。 串行时钟输入。数据在SCLK下降沿读入输入移位寄存器。此输入的工作时钟速率最高达30 MHz。 帧同步输入，低电平有效。这是串行接口的帧同步信号。当SYNC处于低电平时，数据在SCLK 下降沿传输。输入移位寄存器数据在SYNC的上升沿锁存。 串行数据输入。数据必须在SCLK的下降沿有效。 加载DAC输入，低电平有效。此引脚用于更新DAC寄存器和输出电流。当LDAC永久接为低电平 时，在SYNC的上升沿更新DAC寄存器。如果LDAC在写入周期保持高电平，输入寄存器会更 新，但输出直到LDAC的下降沿才会更新。LDAC引脚不能悬空。 故障报警输出引脚，高电平有效。检测到故障时，此引脚置为高电平。可检测的故障包括SPI 接口失控、通信错误(PEC)、环路电流超出范围、环路电压不足和过温。详见“故障报警”部分。 3.3 V数字电源输出。此引脚应通过100 nF和4.7 μF电容去耦至COM。 报警电流方向选择。此引脚用于选择报警电流是上限(22.8 mA/24 mA)还是下限(3.2 mA)。此引 脚连接到DVDD时，选择上限报警电流(22.8 mA/24 mA)；此引脚连接到COM时，选择下限报警电 流(3.2 mA)。详见“上电默认值”部分。 电流设置电阻选择。此引脚连接到DVDD时，选择内部电流设置电阻。此引脚连接到COM时， 选择外部电流设置电阻。外部电阻可以连接在REXT1与REXT2引脚之间。 数字输入引脚。这两个引脚选择环路电流范围(参见“环路电流范围选择”部分)。 Rev. F | Page 12 of 36 AD5421 引脚编号 TSSOP LFCSP 13, 14 4, 11, 12 引脚名称 COM 15, 16, 17 13, 14, 15 18 19 20 21 17 18 19 20 REG_SEL2, REG_SEL1, REG_SEL0 REFIN REFOUT2 REFOUT1 CIN 22, 23 24 21, 22 23 REXT1, REXT2 LOOP− 25 23 VLOOP 26 27 26 27 DRIVE REGIN 28 28 REGOUT N/A 1 EPAD 9, 16, 25 EPAD NC 裸露焊盘 1 描述 AD5421的接地基准引脚。建议在LOOP−和COM引脚之间放置4.7 V齐纳二极管。详见“应用信息” 部分。 这三个引脚一起用于选择调节器输出(REGOUT)电压(参见“电压调节器”部分)。 基准电压输入。针对额定性能，VREFIN = 2.5 V。 内部基准电压输出(1.22 V)。建议在此引脚与COM之间连接一个100 nF电容。 内部基准电压输出(2.5 V)。建议在此引脚与COM之间连接一个100 nF电容。 外部电容连接和HART FSK输入。从CIN连接到COM的外部电容实现输出压摆率控制功能(参见“环路 电流压摆率控制”部分)。HART FSK信号也可以通过一个连接到此引脚的电容耦合(参见“HART通 信”部分)。 外部电流设置电阻的连接引脚。可以在这些引脚之间连接一个精密24 kΩ电阻以改善性能。 环路电流回路引脚。 As shown in Figure 1, the COM and LOOP− pins can be used to sense the loop current across the internal 52 Ω resistor.注意：LOOP−处测得的电压相对于COM是负值。 电压输入引脚。电压输入范围为0 V至2.5 V。施加于此引脚的电压经数字化转换为8位，可在故 障寄存器中获得。此引脚可以用于通用电压监控，但主要用于监控环路电源电压。如果将环 路电压通过一个20:1电阻分压器连接到此引脚，则AD5421可以监控并反馈环路电压。如果环 路电压接近最小工作电压值，则AD5421也会产生一个报警信号(参见“环路电压故障”部分)。 外部耗尽型MOSFET的栅极连接引脚。详见“连接到环路电源”部分。 稳压器输入。环路电压可以直接连接到此引脚，或者为了降低片内功耗，可以将一个外部调 整管连接到此引脚以阻断环路电压。详见“连接到环路电源”部分。 稳压器输出。可以通过REG_SEL0、REG_SEL1和REG_SEL2引脚选择1.8 V至12 V范围内的值(参见 “电压调节器”部分)。如果REGOUT驱动一个微转换器电源(见图49)，此引脚应通过1 μF以上电容去耦 至COM。 不连接。请勿连接该引脚。 裸露焊盘应连接到与COM引脚相同的电位，并连接到铜层以实现最佳散热性能。 N/A表示不适用。 Rev. F | Page 13 of 36 AD5421 典型性能参数 0.015 EXT VREF , INT RSET EXT VREF , EXT RSET INT VREF , INT RSET INT VREF , EXT RSET 0.8 OFFSET ERROR (% FSR) 0.010 0.4 0.2 0 –0.2 VLOOP = 24V EXT NMOS RLOAD = 250Ω TA = 25°C 4mA TO 20mA RANGE EXT VREF EXT RSET –0.4 –0.6 –0.8 0 10k 20k 0 30k 40k 50k 60k DAC CODE VLOOP = 24V 4mA TO 20mA RANGE RLOAD = 250Ω EXT NMOS –0.010 –40 –15 0.03 0.8 0.02 85 0.01 0.2 0 –0.2 VLOOP = 24V EXT NMOS RLOAD = 250Ω TA = 25°C 4mA TO 20mA RANGE EXT VREF EXT RSET –0.4 –0.6 –0.8 0 10k 20k 0 –0.01 –0.02 –0.03 VLOOP = 24V 4mA TO 20mA RANGE RLOAD = 250Ω EXT NMOS –0.04 EXT VREF , INT RSET EXT VREF , EXT RSET INT VREF , INT RSET INT VREF , EXT RSET –0.05 30k 40k 50k 60k DAC CODE –0.06 –40 –15 0.0010 INL ERROR (% FSR) –0.01 –0.02 –0.03 –0.05 0 10k EXT, RSET EXT, NMOS EXT, 24V EXT, RSET EXT, NMOS INT, 24V EXT, RSET EXT, NMOS INT, 52V INT, RSET INT, NMOS EXT, 24V INT, RSET INT, NMOS INT, 24V INT, RSET INT, NMOS INT, 52V MAX INL 20k 30k 40k 0.0006 0.0004 0.0002 0 –0.0002 EXT VREF , INT RSET EXT VREF , EXT RSET INT VREF , INT RSET INT VREF , EXT RSET VLOOP = 24V 4mA TO 20mA RANGE RLOAD = 250Ω –0.0004 MIN INL –0.0006 50k DAC CODE 60k 09128-007 VREF VREF VREF VREF VREF VREF 85 0.0012 0.0008 –0.04 60 图10. 增益误差与温度的关系 RLOAD = 250Ω TA = 25°C 4mA TO 20mA RANGE 0 35 TEMPERATURE (°C) 图7. 微分非线性误差与代码的关系 0.01 10 09128-009 GAIN ERROR (% FSR) 0.4 09128-006 DNL ERROR (LSB) 0.6 TOTAL UNADJUSTED ERROR (% FSR) 60 图9. 失调误差与温度的关系 1.0 –0.06 35 TEMPERATURE (°C) 图6. 积分非线性误差与代码的关系 –1.0 10 图8. 总不可调整误差与代码的关系 –0.0008 –40 –15 10 35 60 TEMPERATURE (°C) 图11. 积分非线性误差与温度的关系 Rev. F | Page 14 of 36 85 09128-010 –1.0 0.005 –0.005 09128-005 INL ERROR (LSB) 0.6 09128-008 1.0 AD5421 0.5 0.0006 MAX INL 0.4 0.0004 MAX DNL VLOOP = 24V 4mA TO 20mA RANGE RLOAD = 250Ω 0.1 0 –0.1 MIN DNL –0.2 –0.3 0.0002 0 MIN INL –0.0002 RLOAD = 250Ω TA = 25°C 3.8mA TO 21mA RANGE EXT VREF EXT RSET –0.0004 –0.4 –15 10 35 60 85 TEMPERATURE (°C) –0.0006 09128-011 –0.5 –40 0 0 –0.01 VLOOP = 24V 4mA TO 20mA RANGE RLOAD = 250Ω EXT NMOS 60 –0.05 EXT VREF , INT RSET EXT VREF , EXT RSET INT VREF , INT RSET INT VREF , EXT RSET –15 10 35 60 85 TEMPERATURE (°C) 0.0027 0.0025 0.0023 0.0021 0.0019 RLOAD = 250Ω TA = 25°C 3.8mA TO 21mA RANGE EXT VREF EXT RSET 0.0017 0.0015 0 0.0024 0.03 OFFSET ERROR (% FSR) 0.02 0.01 0 –0.01 VLOOP = 24V 4mA TO 20mA RANGE RLOAD = 250Ω EXT NMOS EXT VREF , INT RSET EXT VREF , EXT RSET INT VREF , INT RSET INT VREF , EXT RSET 10 50 60 0.0020 0.0018 0.0016 0.0014 0.0012 35 60 TEMPERATURE (°C) 85 09128-013 –15 40 RLOAD = 250Ω TA = 25°C 3.8mA TO 21mA RANGE EXT VREF EXT RSET 0.0022 –0.06 –40 30 图16. 总不可调整误差与环路电源电压的关系 0.04 –0.05 20 LOOP SUPPLY VOLTAGE (V) 图13. 总不可调整误差与温度的关系 –0.04 10 图14. 满量程误差与温度的关系 0.0010 0 10 20 30 40 50 LOOP SUPPLY VOLTAGE (V) 图17. 失调误差与环路电源电压的关系 Rev. F | Page 15 of 36 60 09128-016 –0.04 –0.06 –40 FULL-SCALE ERROR (% FSR) 50 09128-015 TOTAL UNADJUSTED ERROR (% FSR) 0.01 09128-012 TOTAL UNADJUSTED ERROR (% FSR) 0.02 –0.03 40 0.0029 0.03 –0.02 30 图15. 积分非线性误差与环路电源电压的关系 0.04 –0.03 20 LOOP SUPPLY VOLTAGE (V) 图12. 差分非线性误差与温度的关系 –0.02 10 09128-014 0.2 INL ERROR (% FSR) DNL ERROR (LSB) 0.3 AD5421 0.0005 COMPLIANCE VOLTAGE HEADROOM (V) 0.0010 0 –0.0005 –0.0010 –0.0015 0 10 20 30 40 50 60 LOOP SUPPLY VOLTAGE (V) 4.60 4.55 4.50 4.45 4.40 4.35 –40 –20 6 LOOP CURRENT ERROR (µA) 0.0025 0.0020 0.0015 0.0010 RLOAD = 250Ω TA = 25°C 3.8mA TO 21mA RANGE EXT VREF EXT RSET 0 10 20 30 40 50 60 LOOP SUPPLY VOLTAGE (V) 5 4 3 2 0 0 750 OPERATING AREA 500 250 10 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 REGOUT LOAD CURRENT (mA) VOLTAGE ACROSS 250Ω LOAD RESISTOR (µV) 1000 20 30 40 LOOP SUPPLY VOLTAGE (V) 50 09128-019 LOAD RESISTANCE (Ω) 1250 0 0.5 8 1500 0 100 图22. 环路电流误差与REGOUT 负载电流的关系 TA = 25°C EXT VREF ILOOP = 24mA EXT RSET 1750 80 VLOOP = 24V EXT NMOS RLOAD = 250Ω TA = 25°C ILOOP = 20mA 图19. 满量程误差与环路电源电压的关系 2000 60 1 09128-018 FULL-SCALE ERROR (% FSR) 7 –0.0005 40 图21. 恒流输出电压裕量与温度的关系 0.0030 0 20 TEMPERATURE (°C) 图18. 增益误差与环路电源电压的关系 0.0005 0 09128-021 –0.0025 09128-017 –0.0020 RLOAD = 250Ω 3.2mA TO 24mA RANGE EXT VREF ILOOP = 24mA 4.65 6 4 2 0 –2 VLOOP = 24V EXT NMOS EXT VREF ILOOP = 4mA RLOAD = 250Ω TA = 25°C –4 –6 –8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 TIME (Seconds) 图23. 环路电流噪声，0.1 Hz至10 Hz带宽 图20. 负载电阻负载调整与环路电源电压 (LOOP−与REGIN 之间的电压)的关系 Rev. F | Page 16 of 36 9 10 09128-022 GAIN ERROR (% FSR) 4.70 RLOAD = 250Ω TA = 25°C 3.8mA TO 21mA RANGE EXT VREF EXT RSET 09128-020 0.0015 1.0 0.244 VLOOP = 24V ILOOP = 4mA 1.33mV p-p EXT NMOS RLOAD = 500Ω 0.2mV rms TA = 25°C INT VREF 0.8 0.6 IODVDD CURRENT (µA) 0.240 0.4 0.2 0 –0.2 –0.4 DECREASING 0.238 0.236 0.234 0.232 INCREASING 0.230 –0.6 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 TIME (Seconds) 0.226 0 0.60 2.0 IODVDD = 3.3V TA = 25°C FALLING IODVDD CURRENT (µA) 5 4 VLOOP = 24V EXT NMOS RLOAD = 250Ω TA = 25°C CIN = OPEN CIRCUIT 3 2 RISING 0.55 DECREASING INCREASING 0.50 0.45 0 –40 –30 –20 –10 0 10 20 30 40 TIME (µs) 0.40 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 DIGITAL LOGIC VOLTAGE (V) 09128-028 1 09128-025 图28. IODVDD 电流与数字逻辑电压的关系， 提高和降低，IODVDD = 3.3 V 图25. 满量程环路电流阶跃 6 1.3 FALLING IODVDD = 5V TA = 25°C 1.2 5 IODVDD CURRENT (µA) DECREASING 4 VLOOP = 24V EXT NMOS RLOAD = 250 TA = 25°C CIN = 22nF 3 2 1.1 1.0 INCREASING 0.9 0.8 RISING 1 –0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 TIME (ms) 3.0 0.6 09128-026 0 –1.0 0.7 0 1 2 3 4 5 DIGITAL LOGIC VOLTAGE (V) 图26. 满量程环路电流阶跃，CIN = 22 nF 图29. IODVDD 电流与数字逻辑电压的关系， 提高和降低，IODVDD = 5 V Rev. F | Page 17 of 36 6 09128-029 LOAD RESISTOR(V) VOLTAGE ACROSS 250 1.5 图27. IODVDD 电流与数字逻辑电压的关系， 提高和降低，IODVDD = 1.8 V 6 LOAD RESISTOR(V) 1.0 DIGITAL LOGIC VOLTAGE (V) 图24. 环路电流噪声，500 Hz至10 kHz带宽(HART带宽) VOLTAGE ACROSS 250 0.5 09128-027 0.228 –0.8 –1.0 IODVDD = 1.8V TA = 25°C 0.242 09128-023 VOLTAGE ACROSS 500Ω LOAD RESISTOR (mV) AD5421 AD5421 –20 1.81 –25 1.80 –30 1.79 –35 1.78 –40 1.77 –45 2 4 6 8 10 –150 1.0 –200 0.5 VLOOP = 24V EXT NMOS TA = 25°C 0 0 –50 0 1.5 12 REGOUT LOAD CURRENT (mA) REFOUT1 VOLTAGE NOISE (µV) 260.5 260.0 259.5 1 0 –1 –2 10 20 30 40 50 60 –4 09128-031 0 LOOP SUPPLY VOLTAGE (V) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TIME (Seconds) 图34. REFOUT1电压噪声，0.1 Hz至10 Hz带宽 图31. 静态电流与环路电源电压的关系 REFOUT1 VOLTAGE (V) VLOOP = 24V EXT NMOS VIH = IODVDD VIL = COM TA = 25°C 263 262 261 260 3.0 1 2.5 0 2.0 –1 1.5 –2 1.0 –3 259 0.5 258 257 –40 –20 0 20 40 60 TEMPERATURE (°C) 80 100 0 09128-032 QUIESCENT CURRENT (µA) VLOOP = 24V EXT NMOS TA = 25°C –3 259.0 09128-034 261.0 2 –4 VLOOP = 24V EXT NMOS TA = 25°C 0 1 –5 2 3 4 5 6 REFOUT1 LOAD CURRENT (mA) 图35. REFOUT1电压与负载电流的关系 图32. 静态电流与温度的关系 Rev. F | Page 18 of 36 7 REFOUT1 VOLTAGE CHANGE (mV) QUIESCENT CURRENT (µA) 261.5 264 5 3 262.0 265 4 4 TA = 25°C 262.5 266 3 图33. DVDD 输出电压与负载电流的关系 263.0 258.5 2 DVDD LOAD CURRENT (mA) 图30. REGOUT 电压与负载电流的关系 263.5 –250 1 09128-035 1.76 –100 2.0 DVDD OUTPUT VOLTAGE CHANGE (mV) –15 1.82 –50 2.5 09128-101 1.83 0 3.0 DVDD OUTPUT VOLTAGE (V) 0.25 0 VLOOP = 24V –5 EXT NMOS TA = 25°C –10 1.84 REGOUT VOLTAGE (V) 3.5 REGOUT LOAD CURRENT (mA) 0.10 0.15 0.20 REGOUT VOLTAGE CHANGE (mV) 0.05 09128-030 1.85 0 AD5421 2.5012 250 60 DEVICES SHOWN VLOOP = 24V EXT NMOS RLOAD = 250Ω ILOOP = 3.2mA 2.5010 200 ADC CODE (Decimal) REFOUT1 VOLTAGE (V) 2.5008 2.5006 2.5004 2.5002 2.5000 2.4998 150 100 50 –20 0 20 40 60 80 0 –40 09128-036 2.4994 –40 100 TEMPERATURE (°C) 250 MEAN TC = 1.5ppm/°C 40 60 80 100 VLOOP = 24V EXT NMOS TA = 25°C ADC CODE (Decimal) 200 20 15 10 150 100 09128-037 TEMPERATURE COEFFICIENT (ppm/°C) 0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 VLOOP PIN INPUT VOLTAGE (V) 图37. REFOUT1温度系数直方图(C级器件) 图39. 片内ADC代码与VLOOP 引脚输入电压的关系 Rev. F | Page 19 of 36 2.5 09128-039 50 5 0 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 4.00 4.25 4.50 4.75 5.00 POPULATION (%) 20 图38. 片内ADC代码与芯片温度的关系 25 0 0 DIE TEMPERATURE (°C) 图36. REFOUT1电压与温度的关系(60个C级器件) 30 –20 09128-038 2.4996 AD5421 术语 总不可调整误差 总不可调整误差(TUE)衡量总输出误差，最大TUE包括INL 误差、失调误差、增益误差和整个温度范围内的输出漂 移。TUE用% FSR表示。 相对精度或积分非线性(INL)误差 相对精度或积分非线性(INL)误差是指输出电流与通过传递 函数端点的直线之间的最大偏差，用% FSR表示。 差分非线性(DNL)误差 微分非线性(DNL)误差是指任意两个相邻码之间所测得变 化值与理想的1 LSB变化值之间的差异。最大±1 LSB的额定 差分非线性可确保单调性。 失调误差 失调误差衡量将零电平代码载入DAC寄存器时的输出误 差，用% FSR表示。 环路恒流输出电压裕量 环路恒流输出电压裕量是指输出电流与编程值相等情况下 LOOP−与REGIN引脚之间的最小电压。 输出温度系数(TC) 输出TC衡量12 mA输出电流随温度的变化，用ppm FSR/°C 表示。 基准电压热滞 基准电压源热迟滞是+25°C时测得的输出电压与温度从 +25°C到−40°C到+105°C最后回到+25°C完成整个变化周期 时测得的输出电压之间的偏差，其额定值针对的是第一和 第二温度循环，表示为mV。 基准电压温度系数(TC) 基准电压源TC衡量基准输出电压随温度的变化。它利用黑 盒法计算，即将TC定义为基准输出电压在给定温度范围内 的最大变化，用ppm/°C表示，计算公式如下： 失调误差温度系数(TC) 失调误差TC衡量失调误差随温度的变化，用ppm FSR/°C 表示。 增益误差 增益误差衡量DAC的量程误差，是DAC传递函数的斜率与 理想值的偏差，用% FSR表示。 增益误差温度系数(TC) 增益误差TC衡量增益误差随温度的变化，用ppm FSR/°C 表示。 其中： VREF_MAX是在整个温度范围内测得的最大基准输出电压。 VREF_MIN是在整个温度范围内测得的最小基准输出电压。 VREF_NOM是标称基准输出电压2.5 V。 Temp_Range为额定温度范围(−40°C至+105°C)。 满量程误差 满量程误差衡量将满量程代码载入DAC寄存器时的输出误 差，用% FSR表示。 满量程误差温度系数(TC) 满 量 程 误 差 TC衡 量 满 量 程 误 差 随 温 度 的 变 化 ， 用 ppm FSR/°C表示。 Rev. F | Page 20 of 36 AD5421 工作原理 AD5421是一款集成器件，设计用于环路供电型4-20 mA智能 发射器应用。AD5421在单芯片内提供如下特性和功能：16位 DAC和电流放大器，用于对环路电流进行数字控制；用于 为整个发射器供电的稳压器；基准电压源；故障报警功 能；灵活的SPI兼容型串行接口；增益和失调调整寄存 器；以及其它特性和功能。下面说明AD5421的特性。 故障报警 对于数据回读的情况，如果用一个32位帧寻址AD5421，则 它会产生8位帧校验序列并将其添加到24位数据流的末 尾，以构成一个32位数据流。 UPDATE ON SYNC HIGH SYNC SCLK AD5421提供多个故障报警特性。所有故障信号均通过 FAULT引脚和故障寄存器提供给控制器。如果AD5421与 微控制器之间的通信丧失(SPI故障)，AD5421就会将环路 电流设置为报警值。如果控制器检测到FAULT引脚变为高 电平，控制器应读取故障寄存器以确定故障原因。 MSB D23 SDIN LSB D0 24-BIT DATA 24-BIT DATA TRANSFER—NO ERROR CHECKING UPDATE AFTER SYNC HIGH ONLY IF ERROR CHECK PASSED SYNC SPI故障 报警电流的方向(下限或上限)通过ALARM_CURRENT_ DIRECTION引脚选择，此引脚连接到DVDD时，选择上限 报警电流(22.8 mA/24 mA)；此引脚连接到COM时，选择下 限报警电流(3.2 mA)。 分组差错校验(PEC) 为验证噪声环境下数据接收是否正确，AD5421提供了一个 基于8位循环冗余校验(CRC)的纠错选项。向AD5421写入 一个32位串行帧(其中最低有效的8位是帧校验序列FCS) 时，数据包纠错(PEC)使能。负责控制AD5421的器件应使 用下列多项式生成8位 FCS： C(x) = x 8 + x 2 + x + 1 8位 FCS被添加到数据字末尾，即在SYNC变为高电平之前 有32个数据位被发送到AD5421。如果校验有效，则接受数 据。如果校验失败，则FAULT引脚置位，同时故障寄存器 的PEC Bit置1。读取故障寄存器后，PEC Bit复位为低电平， FAULT引脚也变回低电平。 SCLK MSB D31 SDIN LSB D8 24-BIT DATA D7 D0 8-BIT FCS FAULT PIN GOES HIGH IF ERROR CHECK FAILS FAULT 32-BIT DATA TRANSFER WITH ERROR CHECKING 09128-049 如果没有任何有效的信息被发送到AD5421的任一寄存器， 并且这种状况的持续时间超过了用户定义的周期，则SPI 故障置位。用户可以使用控制寄存器的SPI看门狗超时Bits 设置该周期。故障寄存器的SPI故障位在总线上显示错 误。由于故障原因是控制器与AD5421之间的通信丧失，因 此环路电流也被强制设置为报警值。 图40. PEC时序 电流环路故障 当实际环路电流不在所设环路电流的±0.01% FSR范围内时， 电流环路(ILOOP)故障置位。如果测得的环路电流小于设置 的环路电流，则故障寄存器的ILOOP Under bit置1。如果测得 的环路电流大于设置的环路电流，则故障寄存器的I LOOP Over bit置1。无论何种情况，FAULT引脚都会变为逻辑高 电平。 当AD5421流出的负载电流值(通过REGOUT、REFOUT1、 REFOUT2或DV DD)大于设置的目标环路电流时，即发生 ILOOP过流状况。当负载电阻过大或环路电源电压过低而导 致恒流输出电压不足以支持设置的环路电流时，即发生 ILOOP欠流状况。 过温故障 故障寄存器中有两个过温报警位：Temp 100°C和Temp 140°C。如果AD5421的芯片温度超过100°C或140°C，相关 的位就会置1。如果故障寄存器中的Temp 140°C Bit置1， FAULT引脚就会变为逻辑高电平。 Rev. F | Page 21 of 36 AD5421 环路电压故障 环路电流范围选择 故障寄存器中有两个环路电压报警Bits：VLOOP 12 V和VLOOP 6 V。如果VLOOP与COM引脚之间的电压降至0.6 V(对应于12 V 环路电源电压值)以下，VLOOP 12 V位就会置1；当该电压回 到0.7 V以上时，此位清0。同样，如果VLOOP与COM引脚之 间的电压降至0.3 V(对应于6 V环路电源电压值)以下，VLOOP 6 V位就会置1；当该电压回到0.4 V以上时，此位清0。如果 故障寄存器中的VLOOP 6 V位置1，FAULT引脚就会变为逻辑 高电平。 若要选择环路电流范围，请按照表 9所示将RANGE0和 RANGE1引脚连接到COM和DVDD引脚。 图41说明电阻分压器如何支持利用V LOOP输入来监控环路 电源。 连接到环路电源 该电阻分压器建议由一个1 MΩ电阻和一个19 MΩ电阻组成， 以提供20:1的比值，使得VLOOP引脚的2.5 V输入范围能够监控 最高达50 V的环路电源。 表9. 选择环路电流范围 RANGE1引脚 COM COM DVDD DVDD RANGE0引脚 COM DVDD COM DVDD 环路电流范围 4 mA至20 mA 3.8 mA至21 mA 3.2 mA至24 mA 3.8 mA至21 mA AD5421由4 mA至20 mA电流环路供电。通常来说，电源远 离发射器，其值为24 V。AD5421可以直接连接到环路电源， 耐压范围可达52 V(参见图42)。 采用20:1的分压比时，故障寄存器的VLOOP 6 V和VLOOP 12 V 预设报警位根据其所设定的值产生环路电源故障信号。如 果使用其它分压比，故障Bit产生故障信号所依据的值将不 是6 V和12 V。 REGIN AD5421 DRIVE VLOOP RL LOOP– 图42. AD5421直接连接到环路电源 REGIN 19MΩ VLOOP 1MΩ VLOOP 图42显示了AD5421如何直接连接到环路电源。图43显示了 另一种电源连接，AD5421与环路电源之间连接一个耗尽型 N沟道MOSFET，使用该器件可将AD5421上的压降保持在 大约12 V，从而将最差情况片内功耗限制在288 mW(12 V × 24 mA = 288 mW)。如果AD5421按照图42所示直接连接到 环路电源，则对于24 V的环路电源，可能的最差情况片内功 耗为576 mW(24 V × 24 mA = 576 mW)。功耗与环路电源电 压成比例。 RL 09128-048 LOOP– COM 图41. VLOOP 引脚的电阻分压器连接 外部电流设置电阻 图1所示的24 kΩ电阻RSET用于将DAC输出电压转换为电流， 然后以221的增益镜像到LOOP−引脚。环路电流在整个温 度范围内的稳定性取决于RSET的温度系数。 表1和表2给出了AD5421在内部RSET电阻和外部24 kΩ RSET电 阻下的性能规格。使用内部R SET 电阻时，可以获得优于 0.126% FSR的总不可调整误差。使用外部电阻时，该性能提 高到0.048% FSR。这一指标假设使用理想电阻，实际的性能 取决于所用电阻的绝对值和温度系数。详见“确定预期总 误差”部分。 T1 DN2540 BSP129 200kΩ REGIN AD5421 DRIVE VLOOP RL LOOP– COM 09128-051 AD5421 09128-050 COM 图43. 通过MOSFET将AD5421连接到环路电源 Rev. F | Page 22 of 36 AD5421 片内ADC AD5421内置一个片内ADC，用于测量芯片温度或VLOOP与 COM引脚之间的电压，并将其反馈给故障寄存器。控制寄 存器的选择ADC输入Bit(Bit D8)选择要转换的参数。命令字 节00001000(仅当自动故障回读禁用时才需要)启动转换， 该命令字节会使ADC上电并执行转换。读取故障寄存器可 返回转换结果。如果要求自动回读故障寄存器，则首先必 须将控制寄存器的片内ADC Bit(Bit D7)置1，以使ADC上电。 由于FAULT引脚可在长达30μs的时间内保持高电平，在回 读VLOOP电压后执行芯片温度测量时必须小心。从VLOOP测 量切换到芯片温度测量时，不应在切换后30 μs内读取FAULT 引脚，因为可能出现误触发(故障寄存器内容不受影响)。 电压调节器 片内稳压器提供调节电压输出，以便为AD5421和发射器电 路的其余部分供电。输出电压范围为1.8 V至12 V，由三个 数字输入引脚的状态进行选择(参见表10)。稳压器输出通 过REGOUT引脚提供。 该电路的时间常数表示为： τ = RDAC × CSLEW 假设达到最终值需要5个时间常数的时间，则CSLEW可以根 据所需的响应时间t确定： C SLEW = t 5 × R DAC 其中： t为输出电流达到最终值所需的时间。 RDAC为DAC内核的电阻15.22 kΩ或16.11 kΩ，取决于选定的 环路电流范围。 对于5 ms的响应时间， C SLEW = 5 ms 5 × 15,220 ≈ 68 nF 对于10 ms的响应时间， 表10. 设置稳压器输出 REG_SEL0 COM DVDD COM DVDD COM DVDD COM 调节输出电压(V) 1.8 2.5 3.0 3.3 5.0 9.0 12.0 C SLEW = 环路电流的变化率可以通过CIN引脚与COM引脚之间连接 的一个外部电容控制，这样有助于降低环路电流的变化 率。DAC的输出电阻(RDAC)与CSLEW电容一起产生一个时间 常数，该时间常数决定环路电流的响应(见图44)。 V-TO-I CIRCUITRY 图44. 压摆率控制电容电路 6 CSLEW = 68nF 5 4 CSLEW = 267nF CSLEW = 133nF 3 2 1 0 –2 LOOP– 2 6 10 14 18 TIME (ms) 09128-052 CIN CSLEW ≈ 133 nF 这些配置下的响应曲线如图45所示。 环路电流压摆率控制 RDAC 10 ms 5 × 15,220 22 09128-053 REG_SEL1 COM COM DVDD DVDD COM COM DVDD VOLTAGE ACROSS 250 Ω LOAD RESISTOR (V) REG_SEL2 COM COM COM COM DVDD DVDD DVDD 对于4 mA至20 mA和3.8 mA至21 mA环路电流范围，DAC的 电阻典型值为15.22 kΩ。选择3.2 mA至24 mA的环路电流范 围时，DAC电阻变为16.11 kΩ。 图45. 压摆率控制下的4 mA至20 mA阶跃响应 CIN引脚也可以用作HART FSK信号的耦合输入。HART信 号必须交流耦合到C IN 输入。上述计算中必须考虑耦合 HART信号的电容，总电容等于CSLEW + CHART。详见“HART 通信”部分。 Rev. F | Page 23 of 36 AD5421 AD5421可以与可寻址远程传感器高速通道(HART)调制解 调器接口，以便通过2线环路连接支持HART数字通信。图46 显示了调制解调器频移键控(FSK)输出与AD5421的连接 方式。 200kΩ REGIN AD5421 DRIVE VLOOP RL LOOP– COM CIN CSLEW CHART HART MODEM 09128-054 HART_OUT HART_IN 图46. 连接HART调制解调器与AD5421 为在环路上获得1 mA p-p FSK电流信号，CIN引脚的电压必 须为111 mV p-p。假设HART调制解调器提供500 mV p-p输 出，则该信号必须衰减4.5倍。下式可以用来计算CHART和 CSLEW电容的值： 4. 5 = C HART + C SLEW C HART 从该等式可知，CHART与CSLEW的比值为1比3.5，该比值设置 环路上HART FSK信号的幅度。电容的绝对值设置环路电 流的响应时间，以及连接于CIN引脚的HART信号的可用带 宽，该带宽必须通过从500 Hz到10 kHz的频率。上述两个电容 与内部阻抗R DAC 形成一个高通滤波器，该高通滤波器的 3 dB频率应低于500 Hz，可通过下式计算： f 3dB = 2 × π × R DAC AD5421对HART通信协议相关的两个重要参数有直接影 响 ： 静 默 期 间 的 输 出 噪 声 和 模 拟 变 化 率 。 图 24给 出 了 AD5421在HART扩展带宽中的输出噪声测量结果：噪声为 0.2 mV rms，在要求的2.2 mV rms范围内。 为了满足模拟变化率要求，4 mA至20 mA电流的变化率必 须足够慢，不会干扰HART数字信号。这可以通过如下方 法来确定：让一个满量程环路电流变化通过一个500 Ω负载 电阻，并将由此产生的电压信号提供给HART数字滤波器 (HCF_TOOL-31)，该信号在滤波器输出端的峰值幅度必 须小于150 mV。为此，环路电流的变化率必须限制在大约 1.3 mA/ms以下。 AD5421输出的自然压摆率约为880 mA/ms，该速率太大， 不符合HART通信要求。为降低压摆率，可以按照“环路电 流压摆率控制”部分所述，在CIN引脚与COM引脚之间连接 一个电容。为了充分降低压摆率以便符合HART要求，需要大 约4.7 µF的电容值，由此产生的满量程转换时间为500 ms。 许多应用会认为该时间太慢，如果是这样的话，则需要通 过数字方式控制压摆率，方法是将一系列代码写入DAC寄 存器，使得输出响应符合期望的曲线。 图47显示了经过数字控制的满量程阶跃以及由此获得的滤 波器输出。从图47可以看出，滤波器输出信号的峰值幅度 小于要求的150 mV，转换时间约为30 ms。 1 × (C HART + C SLEW ) 12 150 10 100 8 50 6 0 4 –50 2 –100 0 –50 –150 –30 –10 10 30 TIME (ms) 图47. 经过数字控制的满量程阶跃以及由此获得的 HART数字滤波器输出信号 Rev. F | Page 24 of 36 50 OUTPUT OF HART DIGITAL FILTER (mV) HCF_TOOL-31 HART通信 静默期间的输出噪声和模拟变化率 09128-060 AD5421上电时，所有寄存器加载默认值，报警状态中的环 路电流设置为3.2 mA或22.8 mA/24 mA(取决于ALARM_ CURRENT_DIRECTION引 脚 的 状 态 和 选 定 的 范 围 )。 AD5421将保持该状态，直到写入新值。SPI看门狗定时器 默认使能，超时时间为1秒。如果AD5421在上电后的1秒内 没有通信发生，FAULT引脚就会置位。 为实现500 Hz的高通3 dB截止频率，CHART和CSLEW的组合值 应为21 nF。为确保电流环路上的HART信号具有正确的幅度， 电容的最终值应为：CHART = 4.7 nF，CSLEW = 16.3 nF。 VOLTAGE ACROSS 500 Ω LOAD RESISTOR (V) 上电默认值 AD5421 图48给出了测量所用的电路图。47 nF的CHART值和168 nF的 CSLEW值为数字阶跃提供充分的滤波，确保阶跃不引起干扰。 REGIN AD5421 VLOOP RL LOOP– CIN 47nF FROM HART MODEM 09128-061 168nF COM 图48. 图47所用的电路图 Rev. F | Page 25 of 36 AD5421 串行接口 AD5421通过多功能三线式串行接口进行控制，接口的工作 时钟频率高达30 MHz，并且与SPI、QSPI™、MICROWIRE® 和DSP标准兼容。图2给出了时序图。接口采用连续或非连 续选通突发时钟脉冲工作。 地址/命令字节 00000011 00000100 00000101 00000110 00000111 写序列开始于SYNC信号的下降沿，数据在SCLK下降沿通 过SDIN数据线输入。在SYNC上升沿，24位数据被锁存， 然后传输到相关的寄存器并执行规定的功能(DAC输出改 变或工作模式改变)。 00001000 00001001 10000001 10000010 10000011 10000100 10000101 如果需要使用循环冗余校验码在SPI接口上执行数据包纠 错校验，则必须将额外的8 Bits写入AD5421，形成一个32位串 行接口。这种情况下，待32位数据写入AD5421后，SYNC 变为高电平。 在加载DAC、强制报警电流、复位、启动VLOOP/温度测量 或无操作命令字节后写入的16 Bits数据字为无关位(参见表 12和表13)。 输入移位寄存器 输入移位寄存器为24位(如果需要对数据进行CRC纠错校 验，则为32位)。24/32位字宽的数据在串行时钟输入SCLK 的控制下优先载入器件的MSB位。输入移位寄存器由8位 地址/命令字节、16位数据字和可选的8位 CRC组成，如表 12和表13所示。 寄存器回读 若要回读寄存器，必须将控制寄存器的Bit D11设为逻辑1， 以禁用故障寄存器的自动回读功能。在读取命令后写入的 16 Bits数据字为无关位(参见表12和表13)。 地址/命令字节解码如表11所示。 通过读取命令访问的寄存器数据在后续写入命令中通过 SDO逐个输出(参见图3)。 表11. 地址/命令字节功能 地址/命令字节 00000001 00000010 功能 写入失调调整寄存器 写入增益调整寄存器 加载DAC 强制报警电流 复位(器件复位后，建议等待 50 μs再写入下一个命令) 启动VLOOP/温度测量 无操作 读取DAC寄存器 读取控制寄存器 读取失调调整寄存器 读取增益调整寄存器 读取故障寄存器 功能 入DAC寄存器 写入控制寄存器 表12. 输入移位寄存器 MSB D23 D22 D21 D20 D19 地址/命令字节 D18 D17 D16 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 数据字 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 LSB D0 表13. 带CRC的输入移位寄存器 MSB LSB D31 D30 D29 D28 D27 D26 D25 D24 D23 D22 D21 D20 D19 D18 D17 D16 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 地址/命令字节 数据字 CRC Rev. F | Page 26 of 36 AD5421 DAC寄存器 对于3.8 mA至21 mA输出范围，环路电流可以表示为： DAC寄存器是一个读/写寄存器，其编址描述如表11所示。写 入DAC寄存器的数据决定环路电流，如“理想输出传递函 数”部分和表15所示。 17.2 mA I LOOP = × D + 3.8 mA 16 2 对于3.2 mA至24 mA输出范围，环路电流可以表示为： 理想输出传递函数 20.8 mA I LOOP = × D + 3.2 mA 16 2 传递函数描述写入DAC寄存器的数据与环路电流之间的关 系，由下列三个公式表示。 其中D为DAC寄存器的十进制值。 对于4 mA至20 mA输出范围，环路电流可以表示为： 16 mA I LOOP = 16 × D + 4 mA 2 表14. DAC寄存器Bit映射 MSB D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 16位数据 D6 D5 D4 D3 D2 D1 表15. DAC寄存器代码与理想环路电流之间的关系(增益 = 65,536；失调 = 0) DAC寄存器代码 0x0000 0x0001 … 0x7FFF 0x8000 … 0xFFFE 0xFFFF 4 mA至20 mA范围 4 4.00024 … 11.9997 12 … 19.9995 19.9997 理想环路电流(mA) 3.8 mA至21 mA范围 3.8 3.80026 … 12.39974 12.4 … 20.99947 20.99974 Rev. F | Page 27 of 36 3.2 mA至24 mA范围 3.2 3.2003 … 13.5997 13.6 … 23.9994 23.9997 LSB D0 AD5421 控制寄存器 控制寄存器是一个读/写寄存器，其编址描述如表11所示。写入控制寄存器的数据决定AD5421的工作模式。 表16. 控制寄存器Bit映射 MSB D15 D14 D13 SPI看门狗超时 T0 T1 T2 D12 SPI看门狗 定时器 D11 自动故障 回读 D10 D9 D8 SPI故障时 设置最小 选择 报警 环路电流 ADC 输入 D7 D6 片内ADC 关断内部 基准电压源 D5 VLOOP 故障 报警 D4 D3 D2 保留 D1 LSB D0 表17. 控制寄存器Bit功能描述 控制位 SPI看门狗 超时 描述 用户可以通过T0、T1和T2 Bit设置看门狗超时时间。对AD5421的任一寄存器执行有效的写操作时，或者写入NOP命 令时，看门狗定时器复位。 T0 T1 T2 超时时间 0 0 0 50 ms 0 0 1 100 ms 0 1 0 500 ms 0 1 1 1 sec(默认) 1 0 0 2 sec 1 0 1 3 sec 1 1 0 4 sec 1 1 1 5 sec SPI看门狗 0 = SPI看门狗定时器使能(默认)。 定时器 1 = SPI看门狗定时器禁用。 自动故障回读 该Bit决定每次执行写操作时是否自动通过SDO引脚逐个输出故障寄存器的内容。(故障寄存器总是可供回读。) 0 = 故障寄存器内容通过SDO引脚输出(默认)。 1 = 故障寄存器内容不通过SDO引脚输出。 SPI故障时报警 该Bit决定检测到SPI故障时(即看门狗定时器超时)是否将环路电流驱动至报警值。当检测到SPI故障时，故障寄存器 的SPI故障Bit和FAULT引脚始终会置1。 0 = 检测到SPI故障时将环路电流驱动至报警值(默认)。 1 = 检测到SPI故障时不将环路电流驱动至报警值。 设置最小环路 0 =正常工作(缺省)。 电流 1 = 环路电流设置为最小值，环路中流动的总电流仅包括AD5421及其相关电路的工作电流。 选择ADC输入 0 = 片内ADC测量VLOOP与COM引脚之间的电压(默认)。 1 = 片内ADC测量AD5421芯片的温度。 片内ADC 0 = 片内ADC禁用(默认)。 1 = 片内ADC使能。 关断内部基准 0 = 内部基准电压源上电(默认)。 电压源 1 = 内部基准电压源关断，需要使用外部基准电压源。 VLOOP故障报警 该位决定当VLOOP与COM引脚之间的电压降至约0.3 V时，FAULT引脚是否置1。(故障寄存器的VLOOP 6 V位始终会置1)。 0 = 当VLOOP − COM电压降至约0.3 V时，FAULT引脚不置1。 1 = 当VLOOP − COM电压降至约0.3 V时，FAULT引脚置1。 Rev. F | Page 28 of 36 AD5421 故障寄存器 故障寄存器是一个只读寄存器，其编址描述如表11所示。故障寄存器中的各位表示一系列可能的故障状况。 表18. 故障寄存器Bit映射 MSB D15 SPI D14 PEC D13 ILOOP 过流 D12 ILOOP 欠流 D11 温度 140°C D10 温度 100°C D9 VLOOP 6V D8 VLOOP 12 V D7 D6 D5 D4 D3 VLOOP/温度值 D2 D1 LSB D0 表19. 故障寄存器Bit功能描述 故障报警 SPI FAULT 引脚置1 是 PEC(数据包 纠错) ILOOP过流 是 描述 此Bit置1表示SPI接口信号丢失。如果没有任何有效的信息通过SPI接口发送到AD5421，并且这种状况持续 的时间超过用户定义的超时时间，就会发生这种故障。如果控制寄存器的位D10设为逻辑0，则发生该故障 时，环路电流会被驱动至报警值。报警电流的方向由ALARM_CURRENT_DIRECTION引脚的状态决定。 当利用循环冗余校验(CRC)差错检测方法检测到SPI通信错误时，此Bit置1。详见“数据包纠错”部分。 是 当实际的环路电流大于设置的环路电流时，此Bit置1。 ILOOP欠流 是 当实际的环路电流小于设置的环路电流时，此Bit置1。 温度140°C 是 温度100°C 否 VLOOP 6V 是 VLOOP 12V 否 VLOOP/温度值 不适用 此Bit置1表示发生过温故障。当AD5421的芯片温度超过约140°C时，该位置1。当温度又回到约125°C以下 时，该位清0。 此Bit置1表示AD5421的温度不断提高。当AD5421的芯片温度超过约100°C时，该位置1。当温度又回到约 85°C以下时，该位清0。 当VLOOP与COM引脚之间的电压降至约0.3 V(代表6 V环路电源电压、在使用20:1电阻分压器连接于VLOOP的情况) 以下时，该Bit置1。当电压又回到约0.4 V以上时，该Bit清0。 当VLOOP与COM引脚之间的电压降至约0.6 V(代表12 V环路电源电压、在使用20:1电阻分压器连接于VLOOP的情况) 以下时，该Bit置1。当电压又回到约0.7 V以上时，该Bit清0。 这8 Bits代表VLOOP与COM引脚之间的电压或AD5421芯片温度，具体取决于控制寄存器Bit D8的设置(参见“片 内ADC传递函数公式”部分)。 8位值 VLOOP − COM电压(V) 芯片温度(°C) 00000000 0 +312 … … … 11111111 2.49 −86 片内ADC传递函数公式 芯片温度的传递函数公式为： 用于测量VLOOP与COM引脚之间电压的传递函数公式为： VLOOP − COM = (2.5/256) × D 芯片温度 = (−1.559 × D) + 312 其中D是片内ADC返回的8位数字代码。 其中D是片内ADC返回的8位数字代码。 Rev. F | Page 29 of 36 AD5421 失调调整寄存器 失调调整寄存器是一个读/写寄存器，其编址描述如表11所示。 表20. 失调调整寄存器Bit映射 MSB D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 16位失调调整数据 D6 D5 D4 D3 D2 D1 LSB D0 D4 D3 D2 D1 LSB D0 表21. 失调调整寄存器调整范围 失调调整寄存器数据 65535 65534 … 32769 32768(默认值) 32767 … 1 0 数字失调调整(LSB) +32767 +32766 … +1 0 −1 … −32767 −32768 增益调整寄存器 增益调整寄存器是一个读/写寄存器，其地址如表11所示。 表22. 增益调整寄存器Bit映射 MSB D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 16位增益调整数据 D6 D5 表23. 增益调整寄存器调整范围 增益调整寄存器数据 65535(默认值) 65534 … 32769 32768 32767 … 1 0 满量程输出时的数字增益调整(LSB) 0 −1 … −32767 −32768 −32769 … −65534 −65535 Rev. F | Page 30 of 36 AD5421 对于3.2 mA至24 mA输出范围，环路电流可以表示为： 失调和增益调整值的传递函数公式 考虑失调调整和增益调整寄存器值时，传递函数可以用下 列公式表示。 I LOOP 对于4 mA至20 mA输出范围，环路电流可以表示为： I LOOP 16 mA 16 × Gain 2 = × D 16 2 16 mA + 4 mA + 16 × (Offset − 32,768 ) 2 对于3.8 mA至21 mA输出范围，环路电流可以表示为： I LOOP 20.8 mA 16 × Gain 2 = × D 216 20.8 mA + 3.2 mA + × (Offset − 32,768 ) 16 2 其中： D为DAC寄存器的十进制值。 Gain为增益调整寄存器的十进制值。 Offset为失调调整寄存器的十进制值。 注意，失调调整寄存器无法下调零电平输出值。 17.2 mA × Gain 16 2 = × D 216 17.2 mA + 3.8 mA + × (Offset − 32,768 ) 16 2 Rev. F | Page 31 of 36 AD5421 应用信息 超过5 V，则应在COM与LOOP−引脚之间放置一个4.7 V低 泄漏齐纳二极管以保护AD5421，如图49所示。 图49给出了AD5421配置在HART智能发射器中的典型连接 图。这种支持HART的智能发射器是ADI公司开发的参考 演示电路。该电路(功能框图见图50)已通过验证，并注册 为HART通信基金会认证的HART解决方案。 确定预期总误差 AD5421可以采用多种不同的配置，每种配置实现不同的精 度，如表1和表2所示。内部基准电压源和内部R SET 使能 时，在−40°C至+105°C的温度范围内，C级器件可以实现满 量程范围0.157%的最大总误差。 为了降低芯片的功耗，可以按照图49所示在环路电压与 AD5421之间连接一个耗尽型MOSFET(T1)，如DN2540或 BSP129。如果环路电压较低，则不需要插入T1，环路电压 可以直接连接到REGIN(参见图42)。在图49中，所有接口信 号线都连接到微控制器。为了减少接口信号线的数量，可 以将LDAC信号连接到COM，而SDO和FAULT线可以不连 接，但这种配置会禁用故障报警功能。 其它配置则要求使用外部基准电压源和/或外部RSET电阻， 这些配置中的性能规格假设外部基准电压源和外部RSET电 阻是理想的。因此，为了确定整体性能，必须将这些元件 的相关误差增加到数据手册规格中，具体性能取决于这些 元件的特性。 在正常工作条件下，COM与LOOP−之间的电压不超过1.5 V， LOOP−电压相对于COM为负值。如果LOOP−电压相对于 COM可能为正值，或者LOOP−与COM之间的电压差可能 OPTIONAL EMC FILTER OPTIONAL MOSFET DN2540 BSP129 10µF 4.7µF T1 0.1µF 200kΩ IODVDD DVDD REGOUT REGIN VLOOP RANGE0 RANGE1 DRIVE ALARM_CURRENT_DIRECTION RINT/REXT VLOOP SYNC SCLK SDIN SDO FAULT LDAC VZ = 4.7V 0.1µF REG_SEL1 REFOUT1 REFIN 0.1µF REG_SEL2 R1 REFOUT2 1µF LOOP– REXT1 COM REXT2 OPTIONAL RESISTOR CIN COM SETS REGULATOR VOLTAGE 47nF 168nF VCC AD5700/AD5700-1 TXD RXD RTS CD HART_OUT REF 1µF 1.2MΩ 300pF ADC_IP AGND DGND 1.2MΩ 150kΩ 150pF 09128-055 R1 470Ω RL 1MΩ AD5421 REG_SEL0 ADuCM360 19MΩ 图49. HART智能发射器中的AD5421应用图 Rev. F | Page 32 of 36 AD5421 3.3V ADuCM360 AD5421 VDD PRESSURE SENSOR SIMULATION ADC 0 TEMPERATURE SENSOR PT100 REGIN V-REGULATOR MICROCONTROLLER + VLOOP SRAM FLASH CLOCK RESET WATCHDOG LEXC 3.3V ADC TEMPERATURE SENSOR SPI COM ADC 1 DAC COM WATCHDOG TIMER TEST CONNECTOR 50 Ω UART T1: CD T2: RTS T3: COM CIN LOOP– – T4: TEST VCC AD5700 HART_OUT REF HART MODEM ADC_IP 3.3V C_HART C_SLEW HART INPUT FILTER 09128-200 AGND DGND 图50. 框图—ADI公司支持HART的智能发射机参考演示电路 Rev. F | Page 33 of 36 AD5421 为了确定最差情况的绝对总误差，可以将基准电压源和 RSET的误差与AD5421额定最大误差直接相加。例如，当使 用外部基准电压源和外部RSET电阻时，AD5421的最大误差 为满量程范围的0.048%。假设基准电压源和RSET电阻的绝 对误差分别为0.04%和0.05%，温度系数分别为3 ppm/°C和 2 ppm/°C，则最差情况的总误差为： 调节高值环路电流时，如果AD5421的引脚上出现高压，就 可能发生结温过高的情况。最终的结温与环境温度有关。 表24列出了器件在最高环境温度和最大电源电压下工作的 边界条件，图51和图52以图形方式显示了该信息。这些图 表假设裸露焊盘连接到约6 cm2大的铜层上。 4.5 最差情况误差 = AD5421误差 + VREF绝对误差 + VREF TC + RSET绝对误差 + RSET TC 4.0 POWER DISSIPATION (W) 最差情况误差 = 0.048% + 0.04% + [(3/106) × 100 × 145]% + 0.05% + [(2/106) × 100 × 145]% = 0.21% FSR 这就是AD5421工作在−40°C至+105°C温度范围内的最差情 况绝对误差值，误差达到该值的可能性极小，因为各器件 的温度系数不是向同一方向漂移，因而会抵消一部分误差。 因此，TC值应以平方和的平方根形式增加到总误差中。 3.5 TSSOP 3.0 2.5 LFCSP 2.0 1.5 1.0 0 0 20 40 60 80 100 AMBIENT TEMPERATURE (°C) 09128-103 0.5 在零电平和满量程处执行两点校准，从而将基准电压和 RSET电阻的绝对误差降至1 LSB或0.0015% FSR的组合误差， 可以进一步改善性能。执行校准后，最大总误差变为： 图51. 最大功耗与环境温度的关系 总误差 = 60 0.048% + 0.0015% + (0.0435%) 2 + (0.029%) 2 = 0.102% FSR TSSOP 50 SUPPLY VOLTAGE (V) 若还要进一步降低此误差，则必须选择温度系数更低的基 准电压源和RSET电阻。 散热和电源考虑 AD5421设计的最大工作结温为125°C。为使产品终生都能 以额定性能可靠地工作，必须确保器件不在可能引起结温 超过此值的条件下工作。 LFCSP 40 30 20 0 40 50 60 70 80 90 AMBIENT TEMPERATURE (°C) 100 09128-102 10 图52. 最大电源电压与环境温度的关系 表24. 散热和电源考虑(未连接外部MOSFET) 参数 最大功耗 最高环境温度 最大电源电压 描述 32引脚LFCSP 在105°C环境温度下工作时的最 大容许功耗 TJ MAX − TA 采用52 V电源供电并调节22.8 mA 环路电流时的最高容许环境温度 TJ MAX − PD × θ JA = TJ MAX − ( PD ×θ JA ) = 125 − ((52 × 0.0228) × 40) = 77°C 125 − ((52 × 0.0228) × 32) = 87°C 在105°C环境温度下工作并调节 22.8 mA环路电流时的最大容许电 源电压 θ JA = TJ MAX − TA I LOOP × θ JA 28引脚TSSOP 125 − 105 = 500 mW 40 = 125 − 105 = 21 V 0.0228 × 40 Rev. F | Page 34 of 36 TJ MAX − TA 125 − 105 = = 625 mW 32 θ JA TJ MAX − TA 125 − 105 = = 27 V I LOOP × θ JA 0.0228 × 32 AD5421 外形尺寸 5.10 5.00 SQ 4.90 32 25 0.50 BSC 8 16 0.50 0.40 0.30 0.80 0.75 0.70 9 BOTTOM VIEW 0.25 MIN 3.50 REF FOR PROPER CONNECTION OF THE EXPOSED PAD, REFER TO THE PIN CONFIGURATION AND FUNCTION DESCRIPTIONS SECTION OF THIS DATA SHEET. 0.05 MAX 0.02 NOM COPLANARITY 0.08 0.20 REF SEATING PLANE 3.65 3.50 SQ 3.45 EXPOSED PAD 17 TOP VIEW PIN 1 INDICATOR 1 24 04-02-2012-A PIN 1 INDICATOR 0.30 0.25 0.18 COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-220-WHHD. 图53. 32引脚引脚架构芯片级封装[LFCSP_WQ] 5 mm x 5 mm，超薄体 (CP-32-11) 尺寸单位：mm 9.80 9.70 9.60 5.55 5.50 5.45 15 28 4.50 4.40 4.30 3.05 3.00 2.95 EXPOSED PAD (Pins Up) 6.40 BSC 1 14 PIN 1 INDICATOR 1.20 MAX SEATING PLANE 0.30 0.19 BOTTOM VIEW 1.05 1.00 0.80 0.65 BSC 0.20 0.09 8° 0.15 MAX 0° 0.05 MIN COPLANARITY 0.10 0.25 0.75 0.60 0.45 COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-153-AET 图54. 28引脚裸露焊盘、超薄紧缩小型封装[TSSOP_EP] (RE-28-2) 尺寸单位：mm Rev. F | Page 35 of 36 FOR PROPER CONNECTION OF THE EXPOSED PAD, REFER TO THE PIN CONFIGURATION AND FUNCTION DESCRIPTIONS SECTION OF THIS DATA SHEET. 05-08-2006-A TOP VIEW AD5421 订购指南 型号1 AD5421ACPZ-REEL7 AD5421BCPZ-REEL7 AD5421BREZ AD5421BREZ-REEL AD5421BREZ-REEL7 AD5421CREZ AD5421CREZ-RL AD5421CREZ-RL7 EVAL-AD5421SDZ 1 温度范围 −40°C至+105°C −40°C至+105°C −40°C至+105°C −40°C至+105°C −40°C至+105°C −40°C至+105°C −40°C至+105°C −40°C至+105°C 封装描述 32引脚 LFCSP_WQ 32引脚 LFCSP_WQ 28引脚 TSSOP_EP 28引脚 TSSOP_EP 28引脚 TSSOP_EP 28引脚 TSSOP_EP 28引脚 TSSOP_EP 28引脚 TSSOP_EP 评估板 Z = 符合RoHS标准的器件。 ©2011–2013 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D09128sc-0-1/13(E) Rev. F | Page 36 of 36 封装选项 CP-32-11 CP-32-11 RE-28-2 RE-28-2 RE-28-2 RE-28-2 RE-28-2 RE-28-2