采用AD5662 DAC、ADuM1401数字隔离器和外部放大器的16位全隔离4 mA至20 mA输
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采用AD5662 DAC、ADuM1401数字隔离器和外部放大器的16位全隔离4 mA至20 mA输
电路说明
采用AD5662 DAC、ADuM1401数字隔离器和外部放大器的16位全隔离4 mA至20 mA
输出模块 (CN0064) 电路类型: DAC输出优化目标: 高分辨率, 隔离应用: 工业与仪器
仪表, 仪器仪表, 过程控制电路功能与优势本电路提供一种完整的工业控制输出模块解决
方案。该设计适合需要提供4 mA至20 mA电流输出范围的过程控制可编程逻辑控制器(P
LC)、分布式控制系统(DCS)模块和发射器。AD5662 nanoDAC? 是一款5 V、16位DAC，
采用SOT-23封装。ADuM1401四通道数字隔离器则提供微控制器与DAC之间所需的全部
信号隔离。本电路还含有标准外部保护功能，且经过测试和验证，完全符合IEC 61000标
准。采用AD5662 DAC、ADuM1401数字隔离器和外部放大器的16位全隔离4 mA至20
mA输出模块 (CN0064)
图1. 16位隔离式4 mA至20 mA工业控制输出模块（原理示意图） Code for Image E
nlargement with Lightbox End -->图1. 16位隔离式4 mA至20 mA工业控制输出模块
（原理示意图）电路描述对于工业控制模块，模拟输出电流范围通常为4 mA至20 mA或
0 mA至20 mA。AD5662提供0 V至5 V输出，可设置流过检测电阻RS的电流，因而也
决定流过R1的电流。利用运算放大器AD822 的第二半节，该电流镜像(10×)到R2。选择
AD822放大器是因为其能以高性能、高电压工作。该电流镜的第一级需要以0 V输入工作，
确保当DAC以零电平输出工作时无死区。这就要求AD822的负电源电压至少为?1 V，使得
AD822的第一级输出具有充足的裕量。第二级的两个二极管与正电源串联，用来确保第二
级的输出电压不会到达AD822的正供电轨，后者可以高达35 V。FET的输出同样受到一个
串联二极管的保护。请注意，该串联二极管会增加电路的功耗，这在一些应用中可能会成为
问题。ADR02 的温度漂移最大值为9 ppm/°C。它的输入电压范围最高达36 V，因此也经
常用于工业应用。ADuM1401是一款采用ADI公司iCoupler?技术的四通道数字隔离器。它
可用来在AD5662与系统微控制器之间实现隔离，隔离额定值为2.5 kV（均方根值）。可
以用三条线，(SYNC, SCLK, and DIN)将标准SPI接口与AD5662相连。采用AD5662 DA
C、ADuM1401数字隔离器和外部放大器的16位全隔离4 mA至20 mA输出模块 (CN006
4)
图2. INL精度曲线（24 mA满量程输出范围） Code for Image Enlargement with Light
box End -->图2. INL精度曲线（24 mA满量程输出范围）图2所示为AD5662采用外部
基准电压源ADR02时，电路输出到RL中的电流输出误差曲线（积分非线性）。结果显示
了％FSR（满量程范围）与输入码的函数关系。本电路选择ADR02为基准电压源。本设计
还含有外部保护功能（如标准保护二极管和TVS器件等），且成功通过测试，符合IEC 61
000标准，如表1所示。关于外部保护技术的详细讨论，请参考 Colm Slattery、Derrick H
artmann和Li Ke合作撰写的“PLC评估板简化工业过程控制系统设计”一文（《模拟对话》，
43-04，2009年4月）。.cellclass {text-align:center;vertical-align:middle;}表1. 符合IEC
标准测试项目描述结果EN & IEC 61000-4-2静电放电(ESD)，±4 kV VCD最大偏差：0.3
2％（CH3. Class B）静电放电(ESD)，±8 kV HCD最大偏差：0.28％（CH3. Class B）EN
& IEC 61000-4-3辐射抗扰度80 MHz 至 1 GHz（10 V/m），垂直天线极化最大偏差：0.
09％（CH1），0.30％（CH3. Class B）辐射抗扰度80 MHz 至 1 GHz（10 V/m），水平
天线极化最大偏差：–0.04％（CH1），0.22％（CH3. Class B）辐射抗扰度1.4 GHz 至 2
GHz（3 V/m），垂直天线极化最大偏差：0.01％（CH1），-0.09％（CH3. Class B）辐
射抗扰度1.4 GHz 至 2 GHz（3 V/m），水平天线极化最大偏差：0.01％（CH1），0.09％
（CH3. Class B）EN & IEC 61000-4-4电快速瞬变(EFT) ±2 kV电源端口最大偏差：–0.1
2％（CH3. Class B）电快速瞬变(EFT) ±1 kV信号端口最大偏差：–0.02％（CH3. Class
A）EN & IEC 61000-4-5电源线突波，±0.5 kV未发生电路板或器件损坏情况，符合Clas
s B要求EN & IEC 61000-4-6对电源线执行抗扰度测试，10 V/m、5分钟最大偏差：0.0
9％（CH3. Class B）对I/O电缆执行抗扰度测试，10 V/m、5分钟最大偏差：–0.93％（C
H3. Class B）EN & IEC 61000-4-8磁场抗扰度，水平天线极化最大偏差：–0.01％（CH3.
Class A）磁场抗扰度，垂直天线极化最大偏差：–0.02％（CH3. Class A）
