該電路提供一款完整的、完全隔離、模擬輸出通道，適合需要標準4mA至20 mA HART^?1-兼容型電流輸出和單極性/雙極性輸出電壓范圍的可編程邏輯控制器(PLC)和分布式控制系統(DCS)模塊。它為通道間隔離PLC/DCS輸出模塊或其他所有需要完全隔離式模擬輸出的工業應用提供了靈活的構建塊。電路在模擬輸出端還提供了外部保護功能。

AD5422 16位數模轉換器(DAC)可通過軟件配置，提供全部必須的電流和電壓輸出。

AD5700-1是業界功耗最低、尺寸最小的HART兼容型IC調制解調器，與AD5422配合使用，組成完整的HART兼容型4 mA至20 mA解決方案。AD5700-1集成內部精密振蕩器，可額外節省空間，尤其在通道間隔離應用中。PLC/DCS解決方案必須與本地系統控制器隔離，使之免受接地環路影響，同時確保不受外部事件影響。傳統解決方案利用分立IC提供電源和數字隔離。當需要多通道隔離時，分立電源解決方案的成本和空間會變成一個大大的缺點。基于光隔離器的解決方案通常具有合理的輸出調節，但需要額外的外部元件，因而會使電路板面積增大。電源模塊常常體積龐大，而且輸出調節可能不佳。圖1中的電路使用ADuM347x 系列隔離器和電源調節電路，以及相應的反饋隔離。使用外部變壓器將功率傳輸到隔離柵的另一端。

ADuM3482為 AD5700-1提供UART信號隔離。

ADP2441, 是36 V降壓DC-DC穩壓器，采用工業標準24 V電源，具有寬輸入電壓容差。它可將電壓降為5 V，為所有控制器側電路供電。該電路還在24 V電源端集成了標準外部保護，同時還可提供+36 V至?28 V的直流過壓保護。

¹ HART is a registered trademark of the HART Communication Foundation.

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模擬輸出

對于工業控制模塊，標準模擬輸出電壓和電流范圍包括 ±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 。AD5422是一款精密的、全集成 16 位 DAC ， 內置可編程電流源和可編程電壓輸出，設計用于滿足工業 過程控制應用的需要。

AD5422提供前面列出的所有輸出范圍，電流輸出范圍和電 壓輸出范圍分別以獨立引腳提供。針對所有電壓范圍提供 10% 超量程功能，并且針對電流輸出提供 0 mA 至 20 mA 超量 程。模擬輸出受短路和開路保護。

AD5422具有一個片上 10 ppm/°C 基準電壓源。為了在額定溫度 范圍內達到更高的性能，該設計使用了ADR02基準電壓源。ADR02是一款 5 V 精密基準電壓源，允許高達 36 V 的輸入電 壓。其最大精度誤差為 0.05% ，最大溫度漂移為 3 ppm/°C 。 該漂移在工業溫度范圍內會貢獻大約 0.02% 誤差。

AD5422支持以內部或外部精密電流設置電阻作為電流輸出 電路。本設計使用內部電流檢測電阻選項；但通過使用精 密外部 15 kΩ電阻，可達到更高的精度。

通過浮空 AD5422的DV_CCSELECT引腳，內部4.5 V電源可連接至DV_CC引腳，用于AD5700-1的數字電源和隔離器的現場端。也可使用 ADuM3471上的5 V輸出型低壓差(LDO)穩壓器。LDO提供更緊湊的5 V穩壓供電軌；但由于ADuM3471穩壓器輸入引腳上的絕對最大額定值，它不允許高于20 V的直流過壓。

EVAL-CN0321-SDPZ硬件的輸出連接器配置見表1

HART兼容性

AD5700-1與 AD5422搭配使用，組成完整的 HART 兼容型 4 mA 至 20 mA 解決方案。 AD5700-1是 0.5% 精密內部振蕩器，可極 大節省在通道間隔離的應用中的板上空間；這類應用原本 需要針對每通道使用時鐘晶體。晶體通常比AD5700-1IC 本 身要大；因此，內部振蕩器節省下來的面積空間是巨大的。

HART 調制解調器輸出通過 C1 和 C2 衰減，并通過 CAP2 引腳 交流耦合至AD5422。其他信息參見 AN-1065應用筆記?。電路筆記CN-0278描述了一種使用 R SET 引腳的替代HART耦合方式，具有更高的電源抑制性能，但需要使用一個外部精確電流設置電阻。

隔離電源

AD5422需要的電壓輸出裕量最大值為 0.8 V ，并且電流輸出 需要最大值為 2.5 V 的裕量。因此，需要一個大于 12.5 V 的電 源，以便通過 500Ω負載輸出 20 mA 電流。在本設計中，最 小電源電壓 ( 過溫 ) 不超過 13.5 V ，允許具有一定裕量。

ADuM347x為四通道數字隔離器，集成脈沖寬度調制 (PWM) 控制器和低阻抗變壓驅動器 (X1 和 X2) 。隔離式 DC/DC 轉換器僅需要以下額外器件：變壓器和簡單的全波 二極管整流器。采用 5.0 V 或 3.3 V 輸入電源時，器件最多可 提供 2 W 的調節隔離功率，因而無需另外使用隔離式 DC-DC 轉換器。

iCoupler^?芯片級變壓器技術用于隔離邏輯信號；集成的變 壓器驅動器帶隔離副邊控制功能，可以提高隔離式 DC/DC 轉換器的效率。內部振蕩器頻率可以在 200 kHz 至 1 MHz 范 圍內調整，由 R OC 的值決定。當 R OC = 100 kΩ時，開關頻率 為 500 kHz 。

ADuM3471調節來自 15 V 正電源。調節反饋來自分壓器網絡 (R1 和 R2) 。電阻根據以下要求選擇：當輸出電壓為 15 V 時， 反饋電壓為 1.25 V 。反饋電壓與ADuM3471內部反饋設定點電壓1.25 V相比較。調節通過改變驅動外部變壓器的 PWM 信號的占空比來實現。

負電源的調節不太嚴格，且空載時可能低至 ?26.4 V 。因此，在負電源處放置一個25V齊納二極管。輕載時，二極管從電 源獲取小電流，但可確保其箝位在 25 V 左右。

另一種方法是使用匝數比為 4:1 的隔離式變壓器；當其空載時，負供電軌不會過低。在要求較高順從電壓或極低功耗 的應用中，應當考慮其它電源設計。

輸入功率

圖 1 中的電路采用 24 V 電源供電。 ADP2441用于將 24 V 降壓 為 5 V ，為所有控制器側電路供電。

ADP2441可接受最高 36 V 的電壓，并且可更加輕松地達到可 靠的電源輸入瞬變保護。

ADP2441還具有其他各種安全性 / 可靠性功能，如欠壓閉鎖 (UVLO) 、精確使能特性、電源良好引腳和過流限值保 護。對于 24 V 輸入和 5 V 輸出，它能達到最高 90% 效率。

隔離

ADuM3471電源隔離電路包括四個完全隔離的電壓通道，隔離額定值為2.5 kV。這四個通道用于隔離AD5422的四條數據線路(SCLK、LATCH、SDIN和SDO)。SDO線路隔離對于電路運行而言并非必要，但允許訪問診斷和故障特性，以及寄存器回讀。

ADuM3482是一款3.75 kV四通道數字隔離器，采用小型20引腳SSOP封裝(7.2 mm × 7.8 mm)。 ADuM3482內核工作電壓范圍為3.0 V至5.5 V，而I/O電源范圍為1.8 V至5.5 V。這些器件可用于直接與1.8 V邏輯器件接口。該隔離器用于隔離AD5700-1 HART調制解調器的UART信號。

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直流過壓保護

圖 1 中的電路允許對持續的直流電壓 +36 V 和 ?28 V 進行過壓 保護。這意味著，在直流電源線路意外連接輸出時，電路 受到保護。

在過壓條件中，電源通過外部保護二極管拉高或拉低。這 些二極管和輸出端之間的電阻限制了峰值電流。

輸出端的最大 / 最小電壓受限于任意連接輸出或電源電路的 擊穿電壓。 AD5422的電流和電壓輸出可耐受 +48 V 至最低 ? 28 V 。 AV SS 輸入可耐受 ?28 V ， AV DD 可耐受 +48 V 。 ADR02基準電壓源輸入可耐受 36 V 。 AD5700-1的 ADC_IP 引腳受 150 kΩ電阻保護，該電阻限制所有電流，后接一個 300 pF 隔直電容。在直流過壓條件下，勿將其他 IC 暴露在較高的 電壓下。

瞬變電壓保護

AD5422內置 ESD 保護二極管，可防止正常操作造成的損 害。但是，工業控制環境會使 I/O 電路遭受高得多的瞬 變。為了防止過高瞬態電壓影響 AD5422，可能需要外部功 率二極管和浪涌電流限制電阻，如圖 1 所示。

對電流輸出路徑上電阻值的制約條件 ( 圖 1 中的 18 Ω) 是：正 常工作時， I OUT 輸出電平必須保持在其順從電壓限值內， 即 AV DD ? 2.5 V ，并且兩個保護二極管和電阻必須具有適當 的額定功率。在 18 Ω 下，對于 4 mA 至 20 mA 輸出，引腳上 的電壓限值會降低 V = IMAX × R = 0.36 V.

對電壓輸出路徑上電阻值的制約條件 ( 圖 1 中的 100 Ω) 是： 整個輸出電壓范圍內必須具有 0.8 V 裕量。電阻效應可通過 +V SENSE輸入降至最低。如圖 1 所示， +V SENSE 輸入受 22 Ω 電阻 保護。相應地， ?V SENSE 路徑上還有一個 22 Ω 電阻。這兩個 22 Ω 電阻會導致絕對增益誤差，該誤差可能需要在室溫下 加以校準；產生該誤差的原因是 AD5422的內部反饋電路阻 抗僅為70kΩ。在 AD5422的輸出端 ( 而非 V OUT 引腳 ) 檢測電壓 的優勢是， V OUT 引腳的保護電阻兩端具有可變電壓，具體 取決于所獲取的負載電流。在輸出端檢測可避開此誤差源。

還可以通過瞬態電壓抑制器 (TVS) 或瞬態吸收器實現進一 步的保護。這些元件包括單向和雙向抑制器，可提供各種 各樣的隔離和擊穿電壓額定值。 TVS 應盡量采用最低擊穿 電壓定標，同時在電流正常輸出的范圍內不導通。如前所述，建議保護所有遠程連接節點。