评估和设计支持
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电路评估板
CN0418参考设计板(EVAL-CN0418-ARDZ)
超低功耗Arduino尺寸开发板(EVAL-ADICUP3029)
设计和集成文件
原理图、布局文件、物料清单、软件
说明：ADI公司的Circuits from the Lab参考设计由ADI公司的工程师设计构建。每个电路的设计和构建都严格遵循标准工程规范，电路的功能和性能都在实验室环境中以室温条件进行了测试和检验。然而，您需自行负责测试电路，并确定对您是否适用。因而，ADI公司将不对由于任何原因、任何与Circuits from the Lab电路连接的物品所导致的直接、间接、特殊、偶然、必然或者惩罚性的损害负责。
电路功能与优势
图1所示的电路提供了一个完整的完全隔离式高度灵活的4通道模拟输出系统，适合工业级可编程逻辑控制器(PLC)、分布式控制系统(DCS)和其他工业过程控制应用，这些应用要求采用±5 V或±10 V电压和4 mA至20 mA电流输出，且采用HART连接。
所有4通道输出和功率输入都具有瞬态过压和过流事件保护功能，适合最恶劣的工业环境。
CN0418电源输入电路包含板载滤波和保护功能，兼容12 V至36 V的直流电源电压，包括许多PLC和DCS应用中常见的标准24 V电源。
该模块兼容HART，提供了一个完整的现场通信解决方案，简单易用、低成本、低功耗且极其可靠。
片内动态功率控制功能最大限度地降低封装在电流输出模式下的功耗，对于使用多个电路的高通道数和高密度应用，可以帮助缓和热管理方面的问题。
地址选择逻辑支持最多堆叠4个电路，在单个节点上提供最多16个通道，让4个输出的电源之间保持隔离。板载电子可擦除可编程只读存储器(EEPROM)可以存储校准和标识数据。
图1.集成变压器隔离电源解决方案的4通道多路复用HART模拟输出电路（简化原理图：未显示所有连接和解耦）
电路描述
工业控制模块中常用几种标准电压和电流范围，包括±5 V、±10 V、0 V至5 V、0 V至10 V、4 mA至20 mA，以及0 mA至20 mA。AD5755-1在全集成、低成本的单芯片解决方案中，以16位分辨率提供所有这些范围。电压输出范围还提供20%的超量程特性。每个DAC通道都有一个增益和失调寄存器，用于消除整个信号链的增益和失调误差。
电流输出和电压输出通过独立引脚提供，给定时间内仅一个输出类型处于有效状态，因而允许将两个输出引脚连在一起并接到单个端口上。当使能电流输出时，电压输出处于三态模式；当使能电压输出时，电流输出为三态模式。模拟输出受短路和开路保护。
AD5755-1支持内部或外部精密电流设置电阻用于电压-电流转换电路，。输出电流值在全温度范围内的稳定性取决于电流设置电阻RSET值的稳定性。作为提高输出电流在整个温度范围内的稳定性的一种方法，可将一个外部15 kΩ低漂移电阻连接到AD5755-1的RSET_x引脚，以取代内部电阻。外部电阻通过DAC控制寄存器进行选择。高精度测量通过两种选项进行评估，详见“电路评估与测试”部分。
图4.输出瞬态电压保护
为提供进一步保护，IOUT_x和VOUT_x引脚与VBOOST_x和AVSS电源引脚之间连接有钳位二极管。另外还使用一个5 kΩ限流电阻，它与+VSENSE_x输入端串联，用以将瞬变事件期间的电流限制在合理范围内。AD5700 HART调制解调器建议采用包含150 kΩ电阻的外部带通滤波器，这样可以将电流限制在足够低的水平，如此便无需采用额外的保护电路，即使在最严苛的工业环境下也是如此。
输入电源保护
通过一个2线或3线接口，把一个稳压工业标准电源（例如12 V或24 V直流电源）连接到EVAL-CN0418-ARDZ电路板。该电源必须采取故障和电磁干扰(EMI)保护措施，。
图6.电源电路（简化原理图：未显示所有连接）
图7.EVAL-CN0418-ARDZ电路板的电源树和配置
表1.变压器隔离式供电FCI轨电压
设置
+16 V电源(V)
-16 V电源(V)
+5 V Supply (V)
+5 V电源(V)
电源电路无负载，AD5755-1输出被禁用
16.15
-16.15
4.8750
在电流输出模式下的AD5755-1
4个通道为20 mA（1 kΩ负载）
18.55
-20.93
4.8936
4个通道为24 mA（1 kΩ负载）
19.64
-22.11
4.8622
在电压输出模式下的AD5755-1，4个通道为10 V（500 Ω负载）
17.11
-17.11
4.9476
AD5755-1具有较宽的电源电压范围，但将电路集成到客户系统之前，必须先对其实施全面评估。验证LT8301在所有正常负载、故障条件下，以及在预期的输入电源电压范围内，在AD5755-1数据手册列出的允许范围内，保持隔离电源调节。
HART耦合
AD5755-1有四个CHARTx引脚，分别对应于四个输出通道。HART信号可以耦合至这些引脚，并出现在对应的电流输出端（如果该输出已使能）。表2给出了CHARTx引脚上的HART信号的推荐输入电压。如果使用这些电压，电流输出应符合HART幅度要求。图8所示为将HART信号衰减和耦合至AD5755-1 HART输入的推荐电路。
表2.CHARTx输入电压和HART输出电流
RSET
CHARTx输入电压(mV峰峰值)
HART电流输出(mV峰峰值)
内部RSET
150
1
外部RSET
170
1
图9.测量的电压输出INL/DNL，通道A
图11.在500 Ω负载下测得的FSK波形
图11所示为在500 Ω负载电阻、IOUT_A上测得的1200 Hz和2200 Hz频移键控(FSK)频率。通道1显示耦合至AD5755-1输出中的调制HART信号（设置为4 mA），通道2显示AD5700-1 TXD信号。
要与HART兼容，电路必须符合HART物理层规范。HART规范文档中包含了众多物理层规范。为了评估硬件性能，本电路笔记中考虑的两项规格为静默期间的输出噪声和模拟变化率。
静默期间的输出噪声测试
当HART器件没有进行传输（静默）时，不应将HART扩展频带中噪声耦合到网络上。噪声过高可能会干扰设备本身或网络上其它设备对HART信号的接收。
对于在500 Ω负载上测得的电压噪声，其包含的HART扩展频带中的宽带噪声和相关噪声总和不能超过2.2 mV rms。此外，该频带外的噪声不应超过138 mV rms。
此噪声通过在500 Ω负载上连接HCF_TOOL-31滤波器（可从HART通信基金会获得）并将滤波器输出连接到真均方根测量仪来测量。用示波器来检查输出波形。
图15.测试设置功能框图
1.遵循下方的基本设置步骤：
将EVAL-CN0418-ARDZ连接到EVAL- ADICUP3029，。
图16.EVAL-CN0418-ARDZ板连接至EVAL-ADICUP3029
2.如果尚未安装跳线，请将盒中提供的跳线按照图17所示的相同配置进行安装。
图17.P9和P10的默认并联跳线位置；双列直插式(DIP)开关，处于“开”位置
3.对EVAL-CN0418-ARDZ的P17跳线施加24 V直流电压。
4.将EVAL- ADICUP3029的micro USB电缆连接至PC。
5.使用命令行中断程序（例如Putty、Telnet或Tera Term）打开串行终端窗口。
关于如何设置硬件和软件，并与计算机连接，请参考CN0418用户指南。
