如何在控制具有电压和电流输出的16位输出模块

无论是在建筑物中还是在生产车间，如今到处都需要可编程控制器来调节各种过程、机器和系统。这涉及设备所连接的可编程逻辑控制器（PLC）或分布式控制系统（DCS）模块。为了控制这些设备，PLC 和 DCS 模块通常具有具有电流输出、电压输出或两者组合的输出模块。工业控制模块涵盖 ±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 的标准模拟输出电压和电流范围。特别是在工业领域，通常需要微控制器和输出外设的电气隔离。

经典解决方案提供分立设计，将来自微控制器的数字信号转换为模拟信号，或提供不同的模拟输出，并实现电流隔离。然而，与集成解决方案相比，分立式设计表现出许多缺点。例如，大量元件会导致系统复杂性高、威廉希尔官方网站 板尺寸大、成本高。短路能力甚至故障诊断等附加特性突出了这些缺点。

更好的解决方案是在单个芯片上集成尽可能多的功能，例如ADI公司的高精度5422位DAC AD16。除了数模转换外，它还提供完全集成的可编程电流源和可编程电压输出，从而满足工业过程控制应用的要求。

图1所示为对输出模块的模拟输出级进行完全隔离控制的示例威廉希尔官方网站 。它特别适用于需要 4 mA 至 20 mA 标准电流输出和单极性或双极性输出电压范围的过程控制应用中的 PLC 和 DCS 模块。此处，AD5422与四通道数字隔离模块ADuM1401结合使用。

AD5422 16位DAC的输出可通过串行外设接口（SPI）进行配置。该模块还具有集成的诊断功能，可用于工业环境。微控制器和DAC之间所需的绝缘电阻由ADuM1401实现，ADuM5422的四个通道用于与AD<>的SPI连接：三个通道（锁存器、SCLK和SDIN）发送数据，第四个通道（SDO）接收数据。

特别是在工业应用中，必须提供耐高干扰电压的鲁棒输出。IEC 61000等标准规定了鲁棒性要求，例如，该标准规定了电磁兼容性（EMC）方面的要求。为了符合这些标准，必须在输出端安装额外的外部保护威廉希尔官方网站 。保护威廉希尔官方网站 的一种可能性如图2所示。

图1.使用AD5422和ADuM1401对模拟输出级进行隔离控制的简化示例威廉希尔官方网站 。

图2.AD61000输出符合IEC 5422标准的保护威廉希尔官方网站 。

电流输出（I外） 可以在 4 mA 至 20 mA 或 0 mA 至 20 mA 范围内选择性编程。电压输出通过单独的V提供外引脚，可配置为 0 V 至 5 V、0 V 至 10 V、±5 V 或 ±10 V 的电压范围。所有电压范围的超量程为10%。两个模拟输出均具有短路和开路保护，可驱动高达1 μF的容性负载和高达50 mH的感性负载。

AD5422需要模拟电源（AVDD） 范围为 10.8 V 至 40 V。对于数字电源电压（DV抄送），需要 2.7 V 至 5.5 V。或者，DV抄送可用作系统中其他元件的电源引脚或上拉电阻的端接。为此，DV抄送_SELECT引脚应浮动，内部4.5 V LDO稳压器电压应施加到DV抄送针。最大可用电源电流为5 mA。在所示威廉希尔官方网站 中，DV抄送用于为ADuM1401的电气隔离侧供电。

使用ADR16外部基准电压从4550位DAC获得高精度转换结果。这是一款高精度、低功耗、低噪声基准电压源，最大初始精度为0.02%，具有出色的温度稳定性和低输出噪声。

此处所示的威廉希尔官方网站 特别适用于提供电流和电压输出的PLC或DCS模块的输出模块，并且必须符合IEC 61000等EMC标准。

审核编辑：郭婷