0 卖盘信息
BOM询价
您现在的位置: 首页 > 电子资讯 >基础知识 > xtr115中文手册

xtr115中文手册

来源:
2025-05-12
类别:基础知识
eye 8
文章创建人 拍明芯城

XTR115中文手册:4-20mA电流环路发送器的全面解析

一、产品概述

XTR115是德州仪器(Texas Instruments)推出的一款高精度4-20mA电流环路发送器,专为工业自动化、过程控制及测试系统设计。该芯片通过将模拟电压信号转换为标准4-20mA电流信号,实现远距离、抗干扰的信号传输,广泛应用于工业现场仪表、传感器接口及智能变送器等领域。

image.png

XTR115的核心功能包括:

  1. 电压-电流转换:将输入电压信号(0-5V或4-20mA对应的电压范围)转换为4-20mA电流输出。

  2. 高精度电流调节:支持0.05%的跨度误差和0.003%的非线性误差,确保信号传输的准确性。

  3. 宽电源电压范围:工作电压范围为7.5V至36V,兼容多种工业电源环境。

  4. 内置稳压器与参考电压:提供5V稳压输出和2.5V参考电压,简化外部电路设计。

  5. 电流限制与保护:内置过流保护功能,防止输出电流超过32mA,保护后端设备安全。

  6. 兼容HART协议:支持HART调制解调器,实现数字通信与模拟信号的共存。

二、技术规格与特性

1. 电气参数

  • 工作电压范围:7.5V至36V

  • 静态电流:200μA(典型值)

  • 输出电流范围:4mA至20mA(线性范围:0.25mA至25mA)

  • 跨度误差:±0.05%(最大值)

  • 非线性误差:±0.003%(最大值)

  • 温度漂移:±3ppm/°C(跨度误差)

  • 参考电压精度:2.5V ±0.05%(XTR115)

  • 稳压器输出:5V ±0.05%,负载调整率优于0.01%/V

2. 功能特性

  • 两线制电流环设计:电源与信号共用同一对导线,降低布线成本。

  • 内置电流检测:通过IRET引脚实时监测外部电路电流,确保输出精度。

  • 外部晶体管接口:支持NPN型功率晶体管扩展输出电流能力。

  • 低功耗设计:200μA静态电流适用于电池供电或远程设备。

  • 工业级温度范围:-40°C至+85°C,适应恶劣环境。

3. 封装与引脚定义

XTR115采用SOIC-8封装,引脚排列如下:


引脚号名称功能描述
1V+电源输入(7.5V-36V)
2VREG5V稳压输出(最大负载电流10mA)
3VREF2.5V参考电压输出
4IRET电流返回检测引脚
5IN-运算放大器反相输入端
6IN+运算放大器同相输入端
7IOUT电流输出(4-20mA)
8GND接地


三、工作原理与电路设计

1. 核心电路结构

XTR115内部由三部分组成:

  1. 电压-电流转换器:基于运算放大器A1、输入电阻RIN、反馈电阻R1和R2,将输入电压转换为电流信号。

  2. 稳压器与参考电压源:提供5V稳压输出和2.5V参考电压,用于外部电路供电或传感器激励。

  3. 保护电路:包括过流限制、上电保护及晶体管驱动电路,确保芯片安全运行。

2. 典型应用电路

(1)基础4-20mA电流环设计

  • 输入信号:通过RIN连接至IN+引脚,IN-引脚接地。

  • 输出电流:IOUT = 100 × VIN(VIN为输入电压,单位:V)。

  • 偏置电流调整:通过在IN+引脚与VREF之间串联电阻RS,实现4mA偏置电流的精确校准。

(2)传感器激励与信号调理

  • 温度传感器应用:以PT100为例,通过桥式电路将温度变化转换为电压信号,经INA128差分放大后输入XTR115。

  • 偏置电流计算:RS = VREF / (IB / 100 - IP),其中IB为总偏置电流(4mA),IP为传感器工作电流。

(3)与HART协议兼容设计

  • HART调制解调器接口:通过在IOUT引脚与IRET引脚之间串联电容CHART(典型值:0.1μF),实现1200Hz/2200Hz FSK信号的叠加。

  • 电源滤波:在VREG引脚与GND之间添加LC滤波器,抑制HART信号对电源的干扰。

3. 电源设计要点

  • 稳压器选择

    • LDO应用:适用于低噪声敏感型电路,如传感器激励。

    • 开关稳压器:适用于高效率或宽输入电压范围场景,但需注意输出纹波对电流环的影响。

  • 去耦与滤波

    • 在VREG引脚与GND之间添加10μF电解电容和0.1μF陶瓷电容,抑制低频与高频噪声。

    • 在电源输入端添加LC滤波器(L=10μH,C=100μF),降低电源线上的EMI干扰。

  • 布线规范

    • 电源线与地线宽度不小于20mil,减少电阻与电感。

    • 避免信号线与电源线平行走线,必要时增加地线隔离。

四、应用场景与案例分析

1. 工业过程控制

  • 压力变送器:将压力传感器输出的mV级信号转换为4-20mA电流,传输至PLC或DCS系统。

  • 液位监测:通过浮球式液位传感器输出电阻变化,经XTR115转换为电流信号,实现远程液位监控。

2. 智能传感器设计

  • 温湿度一体传感器:结合SHT3x系列传感器与XTR115,实现温湿度数据的数字化采集与电流环传输。

  • 气体浓度检测:通过电化学传感器输出电流信号,经XTR115放大后传输至气体分析仪。

3. 测试系统与实验室设备

  • 信号发生器:将DAC输出的电压信号转换为4-20mA电流,驱动执行机构或模拟工业信号。

  • 数据采集卡:通过XTR115将多通道模拟信号转换为电流环,实现长距离、抗干扰的数据传输。

五、常见问题与解决方案

1. 输出电流不准确

  • 可能原因

    • 输入电压范围超出0-5V。

    • 反馈电阻R1或R2精度不足。

    • 电源电压波动导致VREG不稳定。

  • 解决方案

    • 确保输入电压在有效范围内,必要时添加电压跟随器缓冲。

    • 使用0.1%精度金属膜电阻。

    • 增加电源滤波电容,或改用LDO稳压器。

2. 电流环噪声干扰

  • 可能原因

    • 电源线与信号线未隔离。

    • 未添加去耦电容。

    • HART信号耦合至电流环。

  • 解决方案

    • 采用双绞线传输信号,并增加屏蔽层。

    • 在VREG引脚与GND之间添加0.1μF陶瓷电容。

    • 优化HART滤波电路参数。

3. 芯片过热保护

  • 可能原因

    • 外部晶体管散热不良。

    • 输出电流超过额定值。

  • 解决方案

    • 为外部晶体管添加散热片或风扇。

    • 检查负载电阻是否短路,或调整RLIM电阻值以降低限流阈值。

六、选型与替代方案

1. 德州仪器替代型号

  • XTR116:参考电压为4.096V,适用于需要更高精度的传感器激励场景。

  • XTR117:静态电流更低(130μA),适用于电池供电设备。

2. 第三方替代芯片

  • AD693:Analog Devices推出的4-20mA电流环发送器,支持单电源供电。

  • MAX12900:Maxim Integrated的高精度电流环驱动器,集成16位ADC。

七、总结

XTR115作为一款经典的4-20mA电流环路发送器,凭借其高精度、宽电源范围及内置保护功能,在工业自动化领域占据重要地位。通过深入理解其工作原理、电路设计要点及应用场景,工程师可高效完成智能传感器、过程控制仪表及测试系统的开发。未来,随着工业4.0与物联网技术的推进,XTR115及其衍生型号将继续在智能制造、智慧城市等领域发挥关键作用。

责任编辑:David

【免责声明】

1、本文内容、数据、图表等来源于网络引用或其他公开资料,版权归属原作者、原发表出处。若版权所有方对本文的引用持有异议,请联系拍明芯城(marketing@iczoom.com),本方将及时处理。

2、本文的引用仅供读者交流学习使用,不涉及商业目的。

3、本文内容仅代表作者观点,拍明芯城不对内容的准确性、可靠性或完整性提供明示或暗示的保证。读者阅读本文后做出的决定或行为,是基于自主意愿和独立判断做出的,请读者明确相关结果。

4、如需转载本方拥有版权的文章,请联系拍明芯城(marketing@iczoom.com)注明“转载原因”。未经允许私自转载拍明芯城将保留追究其法律责任的权利。

拍明芯城拥有对此声明的最终解释权。

标签: xtr115

相关资讯

资讯推荐
云母电容公司_云母电容生产厂商

云母电容公司_云母电容生产厂商

开关三极管13007的规格参数、引脚图、开关电源电路图?三极管13007可以用什么型号替代?

开关三极管13007的规格参数、引脚图、开关电源电路图?三极管13007可以用什么型号替代?

74ls74中文资料汇总(74ls74引脚图及功能_内部结构及应用电路)

74ls74中文资料汇总(74ls74引脚图及功能_内部结构及应用电路)

芯片lm2596s开关电压调节器的中文资料_引脚图及功能_内部结构及原理图_电路图及封装

芯片lm2596s开关电压调节器的中文资料_引脚图及功能_内部结构及原理图_电路图及封装

芯片UA741运算放大器的资料及参数_引脚图及功能_电路原理图?ua741运算放大器的替代型号有哪些?

芯片UA741运算放大器的资料及参数_引脚图及功能_电路原理图?ua741运算放大器的替代型号有哪些?

28nm光刻机卡住“02专项”——对于督工部分观点的批判(睡前消息353期)

28nm光刻机卡住“02专项”——对于督工部分观点的批判(睡前消息353期)

拍明芯城微信图标

各大手机应用商城搜索“拍明芯城”

下载客户端,随时随地买卖元器件!

拍明芯城公众号
拍明芯城抖音
拍明芯城b站
拍明芯城头条
拍明芯城微博
拍明芯城视频号
拍明
广告
恒捷广告
广告
深亚广告
广告
原厂直供
广告