【導讀】無論是在建築物中還是在生產車間，如今到處都需要可編程控製器來調節各種過程、機器和係統。這涉及設備所連接的可編程邏輯控製器（PLC）或分布式控製係統（DCS）模塊。為了控製這些設備，PLC 和 DCS 模塊通常具有具有電流輸出、電壓輸出或兩者組合的輸出模塊。

無論是在建築物中還是在生產車間，如今到處都需要可編程控製器來調節各種過程
、機器和係統。這涉及設備所連接的可編程邏輯控製器（PLC）或分布式控製係統（DCS）模塊。為了控製這些設備
，PLC 和 DCS 模塊通常具有具有電流輸出、電壓輸出或兩者組合的輸出模塊。工業控製模塊涵蓋 ±5 V

、±10 V、0 V 至 5 V


、0 V 至 10 V、4 mA 至 20 mA 和 0 mA 至 20 mA 的標準模擬輸出電壓和電流範圍。特別是在工業領域，通常需要對微控製器和輸出外設進行電氣隔離。

經(jing)典(dian)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)提(ti)供(gong)分(fen)立(li)設(she)計(ji)，將(jiang)來(lai)自(zi)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)為(wei)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)，或(huo)提(ti)供(gong)不(bu)同(tong)的(de)模(mo)擬(ni)輸(shu)出(chu)，並(bing)實(shi)現(xian)電(dian)流(liu)隔(ge)離(li)。然(ran)而(er)，與(yu)集(ji)成(cheng)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)相(xiang)比(bi)，分(fen)立(li)式(shi)設(she)計(ji)表(biao)現(xian)出(chu)許(xu)多(duo)缺(que)點(dian)。例(li)如(ru)，大(da)量(liang)元(yuan)件(jian)會(hui)導(dao)致(zhi)係(xi)統(tong)複(fu)雜(za)性(xing)高(gao)、電路板尺寸大、成本高。短路能力甚至故障診斷等附加特性突出了這些缺點。

更好的解決方案是在單個芯片上集成盡可能多的功能，例如與Inc.（ADI）所做的那樣。除了數模轉換外，它還提供完全集成的可編程電流源和可編程電壓輸出，從而滿足工業過程控製應用的要求。

圖1所示為對輸出模塊的模擬輸出級進行完全隔離控製的示例電路。它特別適用於需要 4 mA 至 20 mA 標準電流輸出和單極性或雙極性輸出電壓範圍的過程控製應用中的 PLC 和 DCS 模塊。本電路基於ADI公司的高精度16位DACAD5422和ADuM1401四通道數字隔離模塊。

16位DAC的輸出可通過串行外設接口（SPI）進行配置。該模塊還具有集成的診斷功能
，可用於工業環境。微控製器和DAC之間所需的絕緣電阻由隔離模塊提供
，隔離模塊的四個通道用於與DAC的SPI連接：三個通道（鎖存器
、SCLK和SDIN）發送數據
，第四個通道（SDO）接收數據。

特別是在工業應用中，必須提供耐高幹擾電壓的魯棒輸出。IEC 61000等標準規定了魯棒性要求
，例如

，該標準規定了電磁兼容性（EMC）方麵的要求。為了符合這些標準，必須在輸出端安裝額外的外部保護電路。保護電路的一種可能性如圖2所示。

圖1.使用AD5422和ADuM1401對模擬輸出級進行隔離控製的簡化示例電路。

圖2.AD5422輸出符合IEC 61000標準的保護電路。

電流輸出（I外） 可以在 4 mA 至 20 mA 或 0 mA 至 20 mA 範圍內選擇性編程。電壓輸出通過單獨的V提供外引腳，可配置為 0 V 至 5 V、0 V 至 10 V
、±5 V 或 ±10 V 的電壓範圍。所有電壓範圍的超量程為10%。兩個模擬輸出均具有短路和開路保護

，可驅動高達1 μF的容性負載和高達50 mH的感性負載。

DAC需要一個模擬電源（AVDD）範圍為 10.8 V 至 40 V。對於數字電源電壓（DV抄送）
，需要 2.7 V 至 5.5 V。或者，DV抄送可用作係統中其他元件的電源引腳或上拉電阻的端接。為此
，DV抄送_SELECT引腳應浮動，內部4.5 V LDO穩壓器電壓應施加到DV抄送針。最大可用電源電流為5 mA。在所示電路中，DV抄送用於為ADuM1401的電氣隔離側供電。

使用ADR4550外部基準電壓從16位DAC獲得高精度轉換結果。這是一款高精度、低功耗、低噪聲基準電壓源

，最大初始精度為0.02%
，具有出色的溫度穩定性和低輸出噪聲。此處所示的電路特別適用於提供電流和電壓輸出的PLC或DCS模塊的輸出模塊，並且必須符合IEC 61000等EMC標準。

（作者：Thomas Brand）

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