利用AD5755節(jié)省多通道PLC的空間、成本和功耗

　　圖 5的簡化電路顯示了使用感性升壓電路的動態(tài)電源控制工作原理。每個通道都能提供30V以上的升壓輸出電壓。動態(tài)電源控制機制利用反饋調(diào)節(jié)輸出電壓，然后經(jīng)過電阻分壓器分壓后與內(nèi)部誤差放大器中的基準電壓進行比較，產(chǎn)生一個誤差電流。開關(guān)周期開始時，MOSFET開關(guān)接通，電感電流緩升，然后測量轉(zhuǎn)換為電壓的MOSFET電流。當(dāng)電流檢測電壓大于誤差電壓時，MOSFET斷開，電感電流緩降，直到內(nèi)部時鐘啟動下一個開關(guān)周期。在電流模式下調(diào)節(jié)輸出電源電壓采用類似方案，此時使用的是反饋誤差電流。

圖 5. 具有電源控制功能的升壓電路

　　用戶可以切換各通道的DC/DC轉(zhuǎn)換器開關(guān)信號的頻率和相位，以實現(xiàn)電路和器件的優(yōu)化。
　　對輸出驅(qū)動器實行動態(tài)電源控制的目的是使封裝功耗最小。典型IC的內(nèi)部結(jié)溫 (TJMAX) 最高可達125°C。假設(shè)系統(tǒng)的環(huán)境溫度TA, 為85°C。LFCSP封裝的熱阻, θJA, 典型值為 28°C/W。容許的片內(nèi)功耗可以通過下式計算：
　　不采用動態(tài)電源控制時，假設(shè)使用24V電源，則每個通道的最差情況功耗可以通過下式計算：

功耗 =電源電壓 × 最大電流

= 24 V × 20 mA

= 0.48 W

　　在同樣的條件下，4個通道的功耗將接近2W，這會給模塊和半導(dǎo)體電路帶來問題。啟用動態(tài)電源特性時，AD5755調(diào)節(jié)電源，使片內(nèi)功耗降至最低。圖6顯示了啟用和禁用動態(tài)電源（固定電源）兩種情況下每個通道的功耗對比。

圖 6. 啟用和禁用動態(tài)電源控制兩種情況下的功耗對比

　　啟用動態(tài)電源功能時，在24mA輸出電流下片內(nèi)功耗約為50mW，而無調(diào)節(jié)時的片內(nèi)功耗則為400mW。這種控制片內(nèi)功耗的能力非常有用，系統(tǒng)設(shè)計人員在提高系統(tǒng)通道數(shù)的同時可以使模塊功耗降至最低，從而不需要考慮繁瑣而昂貴的方法來 控制系統(tǒng)溫度。

　　故障狀況下的系統(tǒng)差錯校驗與診斷

　　對于工業(yè)應(yīng)用，必須能夠監(jiān)控并報告系統(tǒng)級故障，在故障狀況下?lián)碛斜M可能多的系統(tǒng)控制權(quán)至關(guān)重要。AD5755包括許多片內(nèi)診斷特性，能夠為用戶提供系統(tǒng)級差錯校驗功能。

　　發(fā)生故障時，一個重要考慮是控制DAC的MCU/DSP會如何。 由于不能控制輸出，用戶將完全失去對系統(tǒng)的控制。AD5755有一個看門狗定時器（超時可編程設(shè)定），如果它在超時期限內(nèi)沒有收到SPI接口傳來的命令，就會設(shè)置警告標志（高電平有效）。需要時，此ALERT引腳可以直接連到清零引腳（也是高電平有效），以便將輸出設(shè)置為已知的安全狀態(tài)（圖 7）。 AD5755的每個通道都有一個16位可編程清零碼寄存器，用戶可以靈活地將輸出清零為任意碼。

圖 7. 看門狗定時器設(shè)置控制信號丟失標志并使DAC返回到清零設(shè)置

　　在高噪聲工業(yè)環(huán)境中，即使MCU正常工作，通信信號也可能遭到破壞。為了應(yīng)對這種可能性，AD5755具有可選的分組差錯校驗(PEC)功能，它實施一種CRC8多項式例程。該功能可以通過軟件使能或禁用，確保輸出不會錯誤地更新。

　　輸出端接線錯誤常會導(dǎo)致連接開路或短路，有可能會造成系統(tǒng)損壞。（即使沒有發(fā)生損壞，問題也往往難以診斷。AD5755具有開路和短路檢測功能，可以即時設(shè)置故障標志，提醒技術(shù)人員處理相關(guān)問題。）此外，當(dāng)發(fā)生短路時，短路保護功能可以限制輸出電流。所有故障都可以通過SPI接口或硬件故障引腳傳達，以便用戶即時采取處理措施。

　　靈活的輸出范圍編程功能

　　為了處理所需的各種電壓和電流，AD5755的各通道都可提供許多可編程范圍，包括：4 mA至20 mA、0 mA至24 mA、0 mA至20 mA、0 V至5 V、0 V至10 V、±5 V、±10 V和±12 V。 用戶也可以對各通道的各種范圍的增益和失調(diào)進行數(shù)字化編 程。這些增益和失調(diào)寄存器具有16位分辨率。例如，為了設(shè)置0V至10.5V輸出范圍（如圖8所示），首先選擇0V至12V范圍，然后編程設(shè)置增益碼，將范圍調(diào)整到10.5 V。完成增益調(diào)整后，輸出范圍即為0V至10.5V，并具有16位分辨率。失調(diào)的編程設(shè)置方式與此相似。

圖 8.任意范圍縮放

　　通過4mA至20mA電流環(huán)路傳輸附加信息

　　純4mA至20mA電流環(huán)路的缺點是只能單向傳輸單個過程變量，這對于現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)是個限制?？蓪ぶ愤h程傳感器高速通道(HART)標準的發(fā)展為4mA至20mA通信線路開啟了新的可能。

　　HART提供數(shù)字雙向通信機制，兼容4mA至20mA電流環(huán)路。 在4mA至20mA模擬電流信號之上疊加一個1mA峰峰值頻移鍵控(FSK)信號?；贐ELL 202通信標準，所用的兩個頻率為1200 Hz（邏輯1）和2200 Hz（邏輯0），如圖 9所示。

圖 9. 疊加于不斷增大的環(huán)路電流之上的 HART 信號