使用4引脚或6引脚端子板的PLC/DCS通用模拟输入

评估和设计支持

电路评估板

CN0325评估板(EVAL-CN0325-SDPZ)

系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z)

设计和集成文件

原理图、布局文件、物料清单

电路功能与优势

图1所示电路提供两个16位全隔离式通用模拟输入通道，适用于可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)模块。两个通道均支持软件编程，以及多种电压、电流范围和热电耦、RTD类型，具体如图1所示。输入通道提供±30 V直流过压条件保护。

演示板含有两个不同的全隔离式通用输入通道，一个带4引脚端子板(CH2)，一个带6引脚端子板(CH1)。对于4引脚端子板(CH2)，电压、电流、热电偶和RTD输入全部共用相同的4个端子，从而最大限度地减少了所需端子引脚的数量。对于6引脚端子板通道(CH1)，电压和电流输入共用一组3个端子，热电偶和RTD输入共用另一组3个端子;这需要更多端子，但其器件数量较少，元件成本也较低。图2所示为PCB照片，图3所示为电路的详细原理图。

电路描述

AD7795低噪声、16位Σ-Δ ADC搭载片内仪表放大器和基准电压源，用于数据转换应用。片内仪表放大器和电流源为RTD和热电偶测量提供了一种完整的解决方案。对于电压和电流输入，AD8226仪表放大器(其CMR大于90 dB)用于提供高输入阻抗，抑制共模干扰。通过一个精密电阻分频器将电压和电流信号缩放至ADC的范围之内。

ADR441是一款超低噪声、低压差XFET® 2.5 V基准电压源，用作ADC的基准电压源。

对于4引脚端子板通道(CH2)，使用ADG442、低RON防闩锁开关来在电压、电流、热电偶和RTD输入模式之间切换。

数字和电源隔离采用ADuM3471实现，这是一款PWM控制器和变压器驱动器，搭载四通道隔离器，用于基于外部变压器产生±15 V隔离式电源。ADuM1311三通道数字隔离器也用在4引脚端子板电路中，用于隔离ADG442开关的控制线路。

ADP2441 36 V降压DC-DC稳压器输入电源的容限较宽，是接受24 V工业电源的理想之选。最高可接受36 V电源，因而更有利于实现对电源输入进行可靠的瞬变保护。将输入电压降至5 V，以驱动ADuM3471以及所有其他控制端电路。电路在24V电源端还提供了外部保护功能。

ADP2441还具有其他各种安全性/可靠性功能，如欠压闭锁(UVLO)、精确使能特性、电源良好引脚和过流限值保护。还可以在24 V输入、5 V输出配置中实现最高90%的效率。

硬件

图2所示为含4引脚端子板的通道位置以及含6引脚端子板的通道位置。同时显示了24 V电源输入的位置。

通道选择

需要插入并切换跳线，以配置CH1和CH2之间的电源和SPI信号，如表1所示。

电源配置

用24 V电源来驱动评估板的控制器端。也可使用5 V电源，旁路ADP2441电路。该5 V输入不具有任何过压保护功能，不得超过6 V。所用电源应通过J4链路选项进行配置，如表2所示。

对于隔离栅的模拟输入端，有两种选项可用于驱动模拟电路的5 V稳压电源。可使用ADP1720线性稳压器将15 V电源降至5 V，也可使用ADuM3471的内置5 V稳压器。两种选项的链路配置如表3所示。

电压和电流

P12连接器用于电压和电流输入连接。图11和图12所示为该输入连接和配置的简化原理图。支持的差分输入范围为：0 V至5V、0 V至10V、±5V、±10 V、0 mA至20 mA、4 mA至20 mA和±20 mA。在V1+和V1–之间连接电压或电流输入，因为电流输入会同时把V1+和I1引脚短接在一起。结果连接一个249 Ω精密电流检测电阻，其精度为0.1%，额定值为0.25 W。

热电偶

P12连接器也用于热电偶输入。可以连接多种热电偶类型，包括J、K、T和S。热电偶连接于V1+和V1-输入之间(图5)。下面的图6所示为将热电偶(例如，T型)连接到通用型模拟输入板的方法。热电偶输入的简化原理图见图13。

RTD

P12、P13连接器用于RTD输入。硬件可以支持1000 和100 铂RTD输入。对于3线模式，两条共用线连接至V1+和V1–，回路连接至Vm(见图5)。下面的图7所示为将3线RTD传感器连接到通用型模拟输入板的方法。RTD输入的简化原理图见图14。

电压和电流

P10连接器用于电压和电流输入连接。支持的差分输入范围为：0 V至5 V、0 V至10V、±5V、±10V、0 mA至20 mA、4 mA至20mA和±20 mA。在V1+和V1–之间连接电压或电流输入(见图13)，尽管对于电流输入，同时还要把V1+和I1引脚短接在一起，结果连接一个249 Ω精密电流检测电阻，其精度为0.1%，额定值为0.25 W。

热电偶

P11连接器用于热电偶输入。可以连接多种热电偶类型，包括J、K、T和S。热电偶连接于V+和V-输入之间(图8)。下面的图9所示为将热电偶(此例为T型)连接到通用型模拟输入板的