兼容HART的PLC/DCS四通道电压、电流输入

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电路评估板

CN-0364评估板(EVAL-CN0364-SDPZ)

系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z)

设计和文件

原理图，布局文件，BOM

电路功能及优势

图1所示电路提供了一个完整的全隔离、高灵活性的四通道模拟输入系统，适用于需要多电压输入、HART兼容、4 mA至20 mA电流输入等要求的可编程逻辑控制器(PLCs)和分布式控制系统(DCS)。

此模拟输入电路是为分组隔离的工业模拟输入而设计，可支持的电压和电流输入范围包括±5 V、±10 V、0 V至+5 V、0 V至+10 V、 +4 mA至20 mA和0 mA至+20 mA。

该电路由标准的24 V总线供电，并产生一个隔离的5 V系统供电电压。

电路描述

数据转换由24位Σ-Δ模拟至数字转换器(ADC)AD7173-8来完成。AD7173-8可由软件配置，允许8路全差分或16路单端输入通道，通过内置交叉多路复用器提供极大的灵活性。AD7173-8采用小型6 mm × 6 mm LFCSP封装，是空间尺寸受限场合下的一个理想选择。内部时钟和精密2.5 V电压基准减少了外部组件，进一步节省了空间。四个可编程通用输出引脚(GPIO0，GPIO1，GPO2，GPO3)允许控制外部多路复用器，因此可以控制切换多路HART接口，从而减少从处理器/控制器的额外连线。AD7173-8具有内部校准寄存器,可以编程来提供全输入路径上的偏置和增益校准。AD5700-1是业内最低功率、最小封装、HART兼容的调制解调器,与电流输入通道一起形成HART兼容的，4 mA到20 mA接收器解决方案。AD5700-1包括一个内部精密振荡器，可以额外节省空间，尤其是在隔离应用中。

ADG704多路复用器提供多路电流输入通道与HART之间的连接。

ADuM5211将两个数据通道(Tx，Rx)隔离，并且通过集成的isoPower®技术提供了5 V电源隔离。ADuM3151 SPIsolator提供串行外围接口(SPI)隔离，时钟速率可以高达17 MHz(B级)，同时可隔离三个附加的数据通道。

ADP2441是36 V，降压调节器，可接受工业标准24 V电源供电，具有宽输入电压。ADP2441将输入电压降至5 V，为所有控制器侧电路供电。该电路还包括标准24 V输入端外围保护。

电压输入电路

图2显示通道1的电压输入网络。

该电路为差分输入，支持最高输入范围为±10 V，并允许具有±5 V的共模电压。输入阻抗约为900 kΩ，高值的R1和R2在高电压瞬变期间也可以对输入进行保护。

R1、R2、R3和R4电阻形成差分电阻分压器。这些电阻的匹配对电路的直流精度至关重要。推荐单点校准以消除初始误差。多点校准可用来消除温漂影响。评估板R1、R2、R3和R4的默认安装为0.1%，25 ppm/℃的电阻。

R5、R6电阻设置ADC的共模电压。AD7173-8具有允许输入0 V至3.9 V电压范围。+2.2 V的偏置电压于输入的分压电阻配合，将±10 V输入信号进行偏置和衰减，使得在ADC输入端，信号变为以2 V共模电压为中心，幅值为±1.1 V的信号。输入共模噪声滤波由R1||R3/C1和R2||R4/C2提供，大约200 kHz。差模噪声滤波由R1||R3，R2||R4和C3提供，大约20 kHz。

表 1 总结了四个电压输入通道的参数。

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