简介

　　为可编程逻辑控制器(PLC)或分布式控制系统(DCS)模块等过程控制应用设计通道间隔离模拟输出模块时，主要权衡因素通常是功耗和通道密度。随着模块尺寸缩小，通道密度增加，每个通道的功耗必须降低，以满足模块的最大功耗预算要求。更高的通道密度也意味着每个通道可用的PCB空间越少。

　　系统级解决方案

　　图1所示为 AD5758 和 ADP1031 系统解决方案，它们解决了功耗和空间问题，支持实现更高水平的集成。本设计笔记显示在制造单通道功耗低于2 W的8通道模块时，如何让其保持小尺寸。

　　图1. AD5758和ADP1031 8通道电路板。

　　ADP1031解决了隔离和尺寸问题，提供300 V基础的电源和数据隔离，AD5758则提供低功耗、高精度，可配置的电流或电压输出通道。

　　集成、隔离电源和数据

　　ADP1031采用了 获得专利的i Coupler 技术，在7 mm × 9 mm大小的封装内集成3个隔离电源轨，以及SPI和GPIO数据隔离。这种高度集成帮助解决了PCB空间占用问题，在较小的PCB空间内整合和满足所有通道隔离要求。

　　图2. ADP1031框图。

　　低功耗

　　AD5758采用了动态功率控制(DPC)技术，在该器件被配置用于控制电流输出时，在最坏的操作条件下，能够帮助最小化模块的功耗。它可以持续跟踪输出电压，将输出驱动器的供电量降到最低，以保持输出负载电流，上述这些都通过一个集成、可编程、高效率的降压转换器实现。在电流输出模式下，DPC启用后，AD5758会自动调节DPC电压，在所有负载条件下最小化功耗。

　　图3. AD5758框图。

　　ADP1031的设计经过优化之后，能在最坏的负载条件下为AD5758提供高效的隔离电流，以此最小化总通道功耗。ADP1031中集成的高速SPI通道在启动时也可以降低功耗，在关闭时则进入低功耗状态。

　　隔离反激式变压器

　　由于ADP1031集成了反激通道，导致反激式变压器的设计得到简化，因为它只需要单个初级和次级绕组。这意味着变压器的外形可以更小，同时仍能满足效率和隔离要求。推荐ADP1031使用的变压器的尺寸为8.6 mm × 8.26 mm，高度不到9.7 mm。有关推荐使用的变压器的列表，请参考ADP1031数据手册。

　　解决方案尺寸

　　高度集成使得每个隔离通道都能装入大小不足400 mm(2)的双面PCB中。这包括所有相关的无源组件和隔离间距。

　　支持诊断和HART连接的灵活的高精度通道

　　AD5758集成了先进的诊断功能，能够快速检测异常行为和故障。

　　错误标志被存储在两个寄存器中：数字诊断结果寄存器和模拟诊断结果寄存器，分别用于片内数字诊断和片内模拟诊断。一些重要诊断包括：

　　看门狗定时器错误

　　SPI CRC错误

　　无效的SPI访问

　　SCLK计数器错误

　　校准存储器CRC错误

　　输出过压保护

　　电压输出短路错误

　　电流输出开路错误

　　过温错误

　　内部供电错误

　　DPC错误

　　有关完整的诊断列表，请参考AD5758数据手册。

　　AD5758还集成了一个12位ADC，可以在用户选择的节点上提供诊断测量，比如内部电源和接地、内部裸片温度监视器和内部基准电压源。

　　AD5758具有一个C(HART)引脚，HART 信号以电容耦合的方式连接到这个引脚。启用HART连接之后，HART信号会在VI(OUT)引脚显示。此功能仅在将VI(OUT)配置为输出电流时可用。

　　EMC性能

　　AD5758在所有可能连接至螺丝端子(VI(OUT)、+V(SENSE)和-V(SENSE))的引脚上集成了线路保护装置。这些线路保护装置通过限制内部通过V(DPC)+和A(VSS)电轨的电压，保护这些引脚不受高达±38 V的正负电压影响。如果检测到VI(OUT)引脚上的电压超过此限制，则错误标志置位，可以通过SPI端口回读。

　　已经针对AD5758和ADP1031系统做过大量EMC测试。参考表1和表2查看测试结果汇总。

　　表1. 电磁辐射骚扰性能概览测试基本标准频率范围(MHz)限值实测最小裕量(dBμV/m)结果

　　表2. 电磁抗扰度性能概览测试基本标准测试级别性能判据结果

　　系统应用框图

　　图4. 系统连接框图。

　　图5. 8通道模块功耗与电源电压和负载。

　　结论

　　AD5758和ADP1031系统级解决方案支持实现可靠、紧凑的8通道(通道间隔离)模拟输出模块，在最坏的功耗条件下，所有8个通道都能实现出色的低功耗(低于2 W)。