工业过程需要对执行器进行精准而稳健的控制,以便管理流量、温度和压力等过程参数。精密模拟输出模块,即所谓可编程逻辑控制器(PLC)或分布式控制系统(DCS),可产生用于控制此类执行器的电压或电流输出。这些模块需要在恶劣的工业环境中提供稳定、可靠、精确的输出。

 

ADI 公司的单通道 16 位 I/V 输出 DAC AD5423 和过压保护 SPST 开关 ADG5401F 的组合,符合此类控制需求,能够满足模拟输出模块的要求。


精密

精密是 AD5423 的一个主要特性。在电压输出模式下,25°C 时的 TUE 低至±0.01%(整个温度范围为±0.05%),典型输出漂移为 0.35 ppm FSR/°C。在电流输出模式下,25°C 时的 TUE 也是±0.01%,典型输出漂移为 2 ppm FSR/°C。所有输出模式下的差分非线性(DNL)为±1 LSB,保证单调性。

 

精密开关 ADG5401F 的导通电阻(RO )为 6Ω,集成了辅助反馈通道,用于将通道 IOUT/VOUT 连接至 AD5423 的+VSENSE 输入,这样就消除了任何与 ADG5401F 导通电阻变化相关的误差。ADG5401F 在整个温度范围内的最大导通漏电流为 40 nA。对于 16 位 4 mA 至 20 mA 电流输出 DAC,此漏电流不足 1 LSB,输出信号链的精度不受影响,动态范围可最大化。


稳健

ADG5401F 过压保护 SPST 开关用在 AD5423 DAC 的模拟输出上,在通电和无电状态下均能提供过压保护。ADG5401F 的源极(S)和源反馈(SFB)引脚可承受最高±60 V 的过压。这将保护精密模拟输出节点不会因为系统掉电、接线错误、电源时序等问题而损坏。图 1 详细显示了模拟输出模块中应如何连接 AD5423 和 ADG5401F。

 

图 1. AD5423 和 ADG5401F 配置。

 

ADG5401F 电源设置过压故障阈值,如果源极引脚(S 或 SFB)上的电压超过 ADG5401F 电源电压,则认为发生故障,主开关通道和辅助反馈通道将自动断开。

 

当开关通道在故障期间断开时,任何大的故障电流都会被禁止流回 DAC 输出和系统电源。在过压事件期间没有大的故障电流流动,因此系统功耗不再受故障功耗约束,系统电源所需的设计工作量得以减少。ADG5401F 允许系统移除输出信号路径中的限流电阻,该电阻在某些应用中可能引起负载裕量问题。

 

ADG5401F 集成一个防开环开关。如果 VOUT /IOUT 节点遭受过压信号,ADG5401F 将启动过压保护模式,主通道和辅助反馈通道开关均会断开。与此同时,内部防开环开关(D 和 DFB 之间的内部连接)将闭合。该防开环开关使 DAC 输出反馈环路保持完整,并防止 DAC 将输出钳位到电源轨。

 

为实现高压瞬变保护,例如 IEC 61000-4-2 ESD、IEC 61000-4-4 电快速瞬变脉冲群(EFT)和 IEC 61000-4-5 浪涌,应使用分立电阻和瞬变电压抑制(TVS)器件实施类似图 2 所示的电路。将电阻放在系统的反馈环路内,使电阻不会给系统输出增加任何误差。

 

图 2. ADG5401F 电路图。

 

图 3. AD5423 功能框图。

 

表 1. 高压瞬变保护

 

诊断

AD5423 内置一个 12 位内部诊断 ADC,可以提供关于用户可选输入(例如电源、地、内部裸片温度和基准电压源)的诊断信息。

 

片内诊断寄存器包含用于指示各种故障情况的标志,以及因为任何故障而触发的 FAULT 引脚。电压输出模式下会监视短路检测,电流输出模式下会监视开路检测。AD5423 还提供循环冗余校验(CRC),可对接收到的数据进行校验;如果当前数据包看起来不正确,则触发 FAULT 引脚。它还提供温度监控功能,如果芯片温度超过设定的限值,就会记录故障。


结论

AD5423 和 ADG5401F 相互配合,共同提供工业过程应用所需的精密性和稳健性。

 

AD5423 的 16 位 I/V 输出可提供现代模拟输出模块所需的精确控制信号,而 ADG5401F 则能保持该精度,并在恶劣环境中提供强大的保护以防止外部影响造成系统失效或者精度降低。