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面向PLC的精密信号处理与数据转换器件
发布时间:2015-11-12 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]-
图2 每通道一个DAC的架构
四路D/A转换器是非隔离型的多通道输出设计的理想选择，通过外接信电感生产厂家号调理电路的方法可以实现多达4路的不同的输出配置。例如，图3示出了16bit 4路电压输出型DACAD5664R是如何提供0～5V的输出范围的——它也可以通过不同的连接方式提供各种标准所需的输出电压范围，或者通过外接的四运放构成灌电流输出。在配制成双极性输出时，其内部基准源的对外输出可以提供必要的跟踪偏置电压。
图3 利用多通道D/A变换器实现±5V、±10V、0V~10V、0V~5V等电压和电流沉输出
图4示出了隔离4~20mA电流环控制电路中所片式电感使用的一个单通道转换器。AD5662采用SOT-23封装，适用于那些需要在模拟输出之间充分隔离的应用。
图4 一个4～20mA电流控制电路
图4 中，AD5662最大的输出电压摆幅为5V，该电压由ADR02电压基准来提供，它可以从变化的回路电压中稳压出一路精密的电源。5V的DAC输出则通过一个运算放大器和晶体管构成的混合电路转换成4～20mA的电流输出。因为运算放大器的同向端输入处于虚地电位，运放就可以调节电流Is，以维持在RS和R3上的电压相等的关系，于是有
RSIS=R3I3
N2端的电流的总和构成了环路电流：
电流在N1点相加，于是有：
环路电流中的4mA的偏移分量是由基准电压所提供：
环路电流中可编程0~16mA电流则是由DAC提供：
每通道配置采样-保持电路
另一种可选的架构是利用开关电容和缓冲器来构成采样-保持放大器(HA)，以储存高性能单DAC的输出信号，如图5所示。这些采样值通过模拟多路复用器在不同的电容器之间切换。因为系统的保持精度由电容的下降速率所决定，所以需要对这些通道进行频繁的刷新以维持所需要的精度。根据输出的要求，可采用低压单电源DAC，也可以使用双极性输出DAC。缓冲器可以提供信号调理，对电容而言呈现一个很高的输入阻抗，并能提供很低的输出阻抗，以驱动负载。
图5 单DAC架构
电源和数字信号的电流隔离
在PLC、过程控制、数据采集以及控制系统中，各种传感器产生的数字信号都传送到一个中央控制器，进行处理和分析。为了保证用户接口端电压的安全性，也为了防止瞬态尖峰的传输，需要实现电流隔离。最常用的隔离器件是光耦器、基于变压器的隔离器和电容耦合式隔离器。
通用的光耦器利用发光二极管(LED)来将电气信号转换成对应的光强度，并用光电探测器将光信号转换成电信号。一般说来，它们的LED普遍存在转换效率低的问题，而且光电探测器的响应速度较慢;光耦隔离器的寿命有限，随着温度、工作速度和功耗的变化而会出现过大的性能波动。它们一般局限于1或2通道结构，需要外接元件才能实现完整的功能。
ADI目前开发出一种新的隔离方法，它将芯片级的变压器技术与集成化差模电感器的CMOS输入与输出电路结合起来。这些 iCoupler 器件在尺寸、成本和功耗方面都低于光耦隔离器，同时，有多种多样的通道配置和性能水平，并带有标准的CMOS接口，且无需外接元件——且能在全温度、电源范围和寿命期中保持其高性能和稳定性。iCoupler的数据率和定时精度比常见的高速光耦合器高2～4倍，而它们用的功耗仅为光耦合器的1/50，发热更小，而可靠性得以提高，成本则更低。
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