利用AD5755節(jié)省多通道PLC的空間、成本和功耗

　　圖 5的簡(jiǎn)化電路顯示了使用感性升壓電路的動(dòng)態(tài)電源控制工作原理。每個(gè)通道都能提供30V以上的升壓輸出電壓。動(dòng)態(tài)電源控制機(jī)制利用反饋調(diào)節(jié)輸出電壓，然后經(jīng)過(guò)電阻分壓器分壓后與內(nèi)部誤差放大器中的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個(gè)誤差電流。開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始時(shí)，MOSFET開(kāi)關(guān)接通，電感電流緩升，然后測(cè)量轉(zhuǎn)換為電壓的MOSFET電流。當(dāng)電流檢測(cè)電壓大于誤差電壓時(shí)，MOSFET斷開(kāi)，電感電流緩降，直到內(nèi)部時(shí)鐘啟動(dòng)下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期。在電流模式下調(diào)節(jié)輸出電源電壓采用類(lèi)似方案，此時(shí)使用的是反饋誤差電流。

圖 5. 具有電源控制功能的升壓電路

　　用戶可以切換各通道的DC/DC轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)信號(hào)的頻率和相位，以實(shí)現(xiàn)電路和器件的優(yōu)化。
　　對(duì)輸出驅(qū)動(dòng)器實(shí)行動(dòng)態(tài)電源控制的目的是使封裝功耗最小。典型IC的內(nèi)部結(jié)溫 (TJMAX) 最高可達(dá)125°C。假設(shè)系統(tǒng)的環(huán)境溫度TA, 為85°C。LFCSP封裝的熱阻, θJA, 典型值為 28°C/W。容許的片內(nèi)功耗可以通過(guò)下式計(jì)算：
　　不采用動(dòng)態(tài)電源控制時(shí)，假設(shè)使用24V電源，則每個(gè)通道的最差情況功耗可以通過(guò)下式計(jì)算：

功耗 =電源電壓 × 最大電流

= 24 V × 20 mA

= 0.48 W

　　在同樣的條件下，4個(gè)通道的功耗將接近2W，這會(huì)給模塊和半導(dǎo)體電路帶來(lái)問(wèn)題。啟用動(dòng)態(tài)電源特性時(shí)，AD5755調(diào)節(jié)電源，使片內(nèi)功耗降至最低。圖6顯示了啟用和禁用動(dòng)態(tài)電源（固定電源）兩種情況下每個(gè)通道的功耗對(duì)比。

圖 6. 啟用和禁用動(dòng)態(tài)電源控制兩種情況下的功耗對(duì)比

　　啟用動(dòng)態(tài)電源功能時(shí)，在24mA輸出電流下片內(nèi)功耗約為50mW，而無(wú)調(diào)節(jié)時(shí)的片內(nèi)功耗則為400mW。這種控制片內(nèi)功耗的能力非常有用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在提高系統(tǒng)通道數(shù)的同時(shí)可以使模塊功耗降至最低，從而不需要考慮繁瑣而昂貴的方法來(lái) 控制系統(tǒng)溫度。

　　故障狀況下的系統(tǒng)差錯(cuò)校驗(yàn)與診斷

　　對(duì)于工業(yè)應(yīng)用，必須能夠監(jiān)控并報(bào)告系統(tǒng)級(jí)故障，在故障狀況下?lián)碛斜M可能多的系統(tǒng)控制權(quán)至關(guān)重要。AD5755包括許多片內(nèi)診斷特性，能夠?yàn)橛脩籼峁┫到y(tǒng)級(jí)差錯(cuò)校驗(yàn)功能。

　　發(fā)生故障時(shí)，一個(gè)重要考慮是控制DAC的MCU/DSP會(huì)如何。 由于不能控制輸出，用戶將完全失去對(duì)系統(tǒng)的控制。AD5755有一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器（超時(shí)可編程設(shè)定），如果它在超時(shí)期限內(nèi)沒(méi)有收到SPI接口傳來(lái)的命令，就會(huì)設(shè)置警告標(biāo)志（高電平有效）。需要時(shí)，此ALERT引腳可以直接連到清零引腳（也是高電平有效），以便將輸出設(shè)置為已知的安全狀態(tài)（圖 7）。 AD5755的每個(gè)通道都有一個(gè)16位可編程清零碼寄存器，用戶可以靈活地將輸出清零為任意碼。

圖 7. 看門(mén)狗定時(shí)器設(shè)置控制信號(hào)丟失標(biāo)志并使DAC返回到清零設(shè)置

　　在高噪聲工業(yè)環(huán)境中，即使MCU正常工作，通信信號(hào)也可能遭到破壞。為了應(yīng)對(duì)這種可能性，AD5755具有可選的分組差錯(cuò)校驗(yàn)(PEC)功能，它實(shí)施一種CRC8多項(xiàng)式例程。該功能可以通過(guò)軟件使能或禁用，確保輸出不會(huì)錯(cuò)誤地更新。

　　輸出端接線錯(cuò)誤常會(huì)導(dǎo)致連接開(kāi)路或短路，有可能會(huì)造成系統(tǒng)損壞。（即使沒(méi)有發(fā)生損壞，問(wèn)題也往往難以診斷。AD5755具有開(kāi)路和短路檢測(cè)功能，可以即時(shí)設(shè)置故障標(biāo)志，提醒技術(shù)人員處理相關(guān)問(wèn)題。）此外，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，短路保護(hù)功能可以限制輸出電流。所有故障都可以通過(guò)SPI接口或硬件故障引腳傳達(dá)，以便用戶即時(shí)采取處理措施。

　　靈活的輸出范圍編程功能

　　為了處理所需的各種電壓和電流，AD5755的各通道都可提供許多可編程范圍，包括：4 mA至20 mA、0 mA至24 mA、0 mA至20 mA、0 V至5 V、0 V至10 V、±5 V、±10 V和±12 V。 用戶也可以對(duì)各通道的各種范圍的增益和失調(diào)進(jìn)行數(shù)字化編 程。這些增益和失調(diào)寄存器具有16位分辨率。例如，為了設(shè)置0V至10.5V輸出范圍（如圖8所示），首先選擇0V至12V范圍，然后編程設(shè)置增益碼，將范圍調(diào)整到10.5 V。完成增益調(diào)整后，輸出范圍即為0V至10.5V，并具有16位分辨率。失調(diào)的編程設(shè)置方式與此相似。

圖 8.任意范圍縮放

　　通過(guò)4mA至20mA電流環(huán)路傳輸附加信息

　　純4mA至20mA電流環(huán)路的缺點(diǎn)是只能單向傳輸單個(gè)過(guò)程變量，這對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)是個(gè)限制?？蓪ぶ愤h(yuǎn)程傳感器高速通道(HART)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展為4mA至20mA通信線路開(kāi)啟了新的可能。

　　HART提供數(shù)字雙向通信機(jī)制，兼容4mA至20mA電流環(huán)路。 在4mA至20mA模擬電流信號(hào)之上疊加一個(gè)1mA峰峰值頻移鍵控(FSK)信號(hào)。基于BELL 202通信標(biāo)準(zhǔn)，所用的兩個(gè)頻率為1200 Hz（邏輯1）和2200 Hz（邏輯0），如圖 9所示。

圖 9. 疊加于不斷增大的環(huán)路電流之上的 HART 信號(hào)