ADI实验室电路:完整的HART兼容型4mA至20mA解决方案(二)

2013-12-14 11:19:00来源: 互联网
瞬态电压保护

AD5422 内置ESD保护二极管,可防止正常操作造成的损害。但是,工业控制环境会使I/O电路遭受高得多的瞬变。为了防止过高瞬态电压影响AD5422,可能需要外部功率二极管和浪涌电流限制电阻,如图1所示。对电阻值的约束条件(图1中显示为18Ω)是,在正常工作期间,IOUT的输出电平必须保持在其顺从电压限值(AVDD − 2.5 V)以内,并且这两个保护二极管和电阻必须具有适当的额定功率。在18Ω的条件下,对于4 mA至20 mA输出,引脚处的顺从限值降低V = IMAX × R = 0.36 V。 OP184 缓冲器的正输入端还连接了一个10 kΩ电阻,用以限制瞬态期间的电流来保护放大器。通过瞬态电压抑制器(TVS)或瞬态吸收器可实现进一步的保护。这些元件包括单向和双向抑制器,可提供各种各样的隔离和击穿电压额定值。TVS应尽量采用最低击穿电压定标,同时在电流输出的功能范围内不导通。建议保护所有远程连接节点。

在许多过程控制应用中,需要在控制器与受控单元之间提供一个隔离,以保护和隔离控制电路,防止危险的共模电压破坏电路。

ADI公司的iCoupler系列产品可隔离高于2.5 kV的电压。为了减少所需隔离器的数量,CLEAR等非关键信号可以连到GND;FAULT和SDO可以不连接,从而只需要隔离三个信号。不过请注意,FAULT或SDO引脚是访问AD5422的故障检测功能所必需的。

常见变化

图1所示电路的一个常见变化是使用 AD5422AD5420,它类似于AD5422,但只有一个电流输出。因此,其输出端没有OP184缓冲器配置。这种AD5420和AD5700 HART调制解调器电路详见CN-0270。电路笔记CN-0065提供有关IEC61000兼容解决方案的额外信息,该解决方案适合使用AD5422和ADuM1401数字隔离器的全隔离式输出模块。电路笔记CN-0233包含有关提供电源和数据隔离的信息,所使用的是ADuM3471 PWM控制器和具有四通道隔离器的变压器驱动器。

如果需要多个通道,可使用AD5755-1四通道电压和电流输出DAC。该产品具有创新型片内动态电源控制功能,在电流模式下,可以最大限度地降低封装功耗。各通道均有一个相应的CHARTx引脚, 因此HART信号可以耦合至AD5755-1的电流输出端。

电路评估与测试

要构建此电路, 需要使用 AD5422评估板 ( EVAL-AD5422EBZLFCSP P版本)和 AD5700-1评估板 (EVAL-AD5700-1EBZ)1EBZ),参见图11。除了这两个评估板之外,该电路还需要三个外部电容(C1、CH和CL)、一个电阻(RH)、一个负载电阻(RL)、一个缓冲放大器以及一个UART接口。

设备要求 需要以下设备:

AD5422 评估板( EVAL-AD5422EBZ LFCSP版本)

AD5700 评估板( EVAL-AD5700-1EBZ)

运行Windows® XP的PC,带USB端口

主机控制器和UART接口(标准微控制器, 例如 ADuC7060)

10.8 V至60 V的电源

数字测试滤波器(HCF_TOOL-31,可从HART通信基金会获得)

500Ω负载电阻

OP184 放大器(位于单独的试验板上且带有连接线)

外部电容C1 (4.7 nF)、CH (8.2 nF)和CL (4.7 nF);电阻RH (27 kΩ)

Tektronix DS1012B示波器或等同产品

图11. 测试设置框图

静默期间噪声测量 AD5422 LFCSP

如前文所述,对于静默测试期间的输出噪声,AD5700调制解调器并未在发射数据(静默)。AD5422设置为输出所需的电流并通过HART通信基金会带通滤波器。接着使用Tektronix TDS1012B示波器测量输出噪声;结果显示输出噪声在HART通信基金会协议规范要求的范围内。

模拟变化率测量 — AD5422 LFCSP

模拟变化率规范可确保当AD5422调节电流时,模拟电流的最大变化率不会干扰HART通信。电流的阶跃变化会扰乱HART信号。为进行这个测试,AD5422被编程为输出一个4 mA至20 mA切换的周期波形,该波形在两个值上都没有延迟,以获得最大变化率。所用的压摆率设置为SR时钟= 3和SR阶跃= 2,C1设置为4.7 nF,C2保持开路。

此外,再将SR时钟设置改变为5而不是3,并保持其它所有设置和元件值不变,从而进一步降低压摆率,由此另外进行测量;至于相关影响,可比较图9和图10来得出。

静默期间噪声测量 —AD5422 TSSOP

另外还执行了额外测量,以模拟AD5422 TSSOP封装选项在这种配置下的表现;不过,没有连接在CAP1引脚的电容(C1)(因为此器件的TSSOP版本没有CAP1引脚)。

虽然与有C1的LFCSP器件相比,没有C1时测得的静默期间输出噪声值更大,但还是在HART通信基金会协议规范要求的范围内。图12和图13中的通道2显示了有HCF_TOOL-31滤波器时的宽带噪声,IOUT为4 mA时结果为530μV rms,IOUT为12 mA时结果为690μV rms。可将这些曲线图与图7及图8进行比较,以体现有无C1的影响如何。

图12. 无C1且输出电流为4 mA时HART滤波器输入(通道1)和输出(通道2)端的噪声

图13. 无C1且输出电流为12 mA时HART滤波器输入(通道1)和输出(通道2)端的噪声

模拟变化率测量 — AD5422 TSSOP

从模拟变化率测试的角度来看,无论有无C1,最大峰值结果都相似。主要区别在于,没有C1时,峰峰值本底噪声要大得多。图14和图15分别是压摆率为120 ms(SR时钟= 3和SR阶跃= 2)和240 ms(SR时钟= 5和SR阶跃= 2)时的模拟变化率曲线图。

图14. AD5422输出(通道1)和HART滤波器输出(通道2),SR时钟= 3,SR阶跃= 2,C1 = NC,C2 = NC

图15. AD5422输出(通道1)和HART滤波器输出(通道2),SR时钟= 5,SR阶跃= 2,C1 = NC,C2 = NC

同样,可将这些曲线图与图9及图10进行比较,以体现有无C1的影响如何。虽然这种电路配置中所用的HART耦合技术要求采用外部RSET电阻,但请注意,即使该电路的HART部分未实施,添加缓冲器也会在使用内部RSET电阻时造成IOUT精度略微降低。因此,在使用这种缓冲器配置将电压和电流输出引脚连接在一起时,建议使用外部RSET电阻。

关键字:ADI实验室  HART兼容型

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1214/article_21763.html
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