12位、300 kSPS、单电源、完全隔离式数据采集系统 用于4-20 mA输入

随器。此时，R3上的压降不得超过输出范围的上限(2.4 V)，计算公式如下：

现在，如果给定电阻R4、R5和R6三者之一的值，就可以根据公式7和公式9计算其他两个电阻的值。例如，如果R5 = 1000 Ω，则R4 = 5,263 Ω，R6 = 125,310 Ω。

在实际电路中，为电阻R4和R6选择了最接近现有标准的电阻值。所选值为R4 = 5.11k，R6 = 124 k。

如果仔细选择这些值，因使用替代标准值电阻导致的总误差可降至几个百分点以下。然而，应通过公式1来重新计算U1A运算放大器在4 mA和20 mA输入电流下的输出，以确保维持所需裕量。

这类电路的绝对精度主要取决于电阻，因此，需要进行增益和失调校准，以消除因标准值替代和电阻容差导致的误差。

电阻温度系数对总误差的影响

公式1表明，输出电压与以下四个电阻相关：R3、R4、R5和R6。TP1处的满量程输出电压对这四个电阻中每个阻值的微小变化敏感，其灵敏度通过仿真程序计算。电路的输入电流为20 mA。计算得到的各灵敏度为SR3 = 1.2、SR4 = 0.01、SR5 = 0.00、SR6 = 0.01。假设各温度系数以和方根(rss)方式组合，则在R3采用25 ppm/°C电阻且R4、R5和R6采用100 ppm/°C电阻时，总满量程漂移约为：

30 ppm/°C的满量程漂移对应于0.003%FSR/°C。

有源元件温度系数对总误差的影响

AD8606运算放大器和AD7091R ADC的直流失调由校准程序消除。

ADC AD7091R内置基准电压源的失调漂移典型值为4.5 ppm/°C，最大值为25 ppm/°C。

AD8606运算放大器的失调漂移典型值为1 μV/°C，最大值为4.5 μV/°C。

U1A AD8606输入失调导致的误差以输入电压范围2.4 V – 0.48 V = 1.92 V为基准，因而为2.3 ppm/°C。U1B基准电压缓冲器导致的误差以2.5 V为基准，同样约为2 ppm/°C。

总漂移误差结如表1所概括。这些误差不包括AD7091R的±1 LSB积分非线性误差。

两点校准前后的测试数据

为了执行两点校准，先向输入端施加4 mA的电流，并将ADC输出代码记为Code_1。然后，向输入端施加20 mA的电流，再将ADC输出代码记为Code_2。增益系数通过下式计算：

通过比较使用元件标称值计算得到的理想传递函数和未校准实际电路传递函数，可以得到校准前的误差。实测电路所用电阻的容差为±1%。测试结果不包括温度变化。

图3中所示为环境温度下校准前后的百分比误差(FSR)测试结果。如图所示，校准前的最大误差约为0.25% FSR。校准后，误差降至±0.02% FSR，大致相当于ADC的1 LSB误差。

PCB布局考虑

在任何注重精度的电路中，必须仔细考虑电路板上的电源和接地回路布局。PCB应尽可能隔离数字部分和模拟部分。该系统的PCB采用简单的双层板堆叠而成，但采用4层板可以得到更好的EMS性能。有关布局和接地的信息，请参见MT-031指南;有关去耦技术的信息，请参见MT-101指南。AD8606的电源应当用10 μF和0.1 μF电容去耦，以适当抑制噪声并减小纹波。这些电容应尽可能靠近相应器件，0.1 μF电容应具有低ESR值。对于所有高频去耦，建议使用陶瓷电容。电源走线必须尽可能宽，以提供低阻抗路径，并减小电源线路上的毛刺效应。ADuM5401 isoPower集成式DC/DC转换器要求在输入和输出电源引脚上进行电源旁路。请注意，引脚1与引脚2以及引脚15和引脚16之间需要低ESR旁路电容，这些电容应尽可能靠近芯片焊盘。

为了抑制噪声并降低纹波，至少需要并联两个电容。针对VDD1和VISO，推荐的电容值是0.1 μF和10 μF。较小的电容必须具有低ESR，建议使用陶瓷电容。低ESR电容末端到输入电源引脚的走线总长不得超过2 mm。如果旁路电容的走线长度超过2 mm，可能会破坏数据。考虑在引脚1与引脚8及引脚9与引脚16之间实现旁路，除非两个公共地引脚靠近封装连在一起。有关更多信息，请参见ADuM5401数据手册。

有关完整文档包，包括原理图、电路板布局和物料清单(BOM)，请参考：www.analog.com/CN0336-DesignSupport。

高电压能力

这款PCB依据2500 V基本绝缘规范而设计。不建议进行2500 V以上的高电压测试。在高电压下使用该评估板时必须谨慎，而且不得依赖该PCB来实现安全功能，因为它未经过高电位测试(也称为高压测试或耐压绝缘测试)，也未通过安全认证。

常见变化

经验证，采用图中所示的元件值，该电路能够稳定地工作，并具有良好的精度。可在该配置中采用其他精密运算放大器和其他ADC，以将4 mA至20 mA输入转换成数字输出，用于本电路的各种其他应用中。

可依据电路设计部分的建议，针对4 mA至20 mA输入电流范围以外的电流重新计算图1所示电