電路功能與優(yōu)勢
在許多過程控制應用中,,經常使用兩線式電流發(fā)射器在高噪聲環(huán)境中傳輸模擬信號。這些電流發(fā)射器的零電平信號電流為4 mA,,滿量程信號電流為20 mA,,因此得名“4 mA至20 mA轉換器”。本文所述電路提供一種具有16位分辨率和單調性的低功耗電流發(fā)射器,,它直接采用4 mA至20 mA控制環(huán)路電源供電,,功耗低于4 mA。功耗高于4 mA的發(fā)射器無法直接采用環(huán)路電源供電,,因而需要一個附加電源,。
電路描述
本電路將AD5662 nanoDAC轉換器用作控制器,提供4 mA至20 mA可編程輸出電流,。環(huán)路電流通過測量RS上的壓降VOUT進行檢測,。如果DAC輸出為0 V,則電流
流經R2和R3,,迫使PCB地電壓比RS負載端測得的電壓正值高出349 mV,。這相當于環(huán)路電流
當DAC輸出5 V滿量程電壓時,流經R2的電流為
流經R1的電流為
因此,,流經R3的電流為
這就迫使RS上的電壓VOUT等于
圍繞AD8627的反饋環(huán)路迫使其同相輸入端的電壓等于PCB地電壓,。因此,輸出電流與數字碼成正比,。AD8627調節(jié)DAC輸出電流,,以滿足其同相節(jié)點上的電流求和條件。輸出電流可通過以下公式計算:
對于圖1所示的值:
其中 0 ≤ D ≤ 65,535,。當AD5662的數字碼等于0xFFFF時,,本電路提供20.9 mA滿量程輸出電流。同樣,,當AD5662的數字碼等于0x0000時,,輸出電流將為3.49 mA。擴展電流范圍(3.49 mA至20.9 mA)允許用戶利用軟件和AD5662的16位分辨率校準4 mA至20 mA范圍,。本電路需要使用肖特基二極管,,以防止環(huán)路電源上電瞬態(tài)將AD8627的同相輸入端拉至反相輸入端300 mV以下。該肖特基二極管必須能夠處理至少20 mA的全環(huán)路負載。
圖1.可編程4 mA至20 mA過程控制器(原理示意圖)
控制器的偏置電壓由5 V精密基準電壓源ADR02提供,,而且本電路無需外部調整,,因為ADR02的初始輸出電壓容差很小,并且AD8627和AD5662的電源電流很低,。
容許的環(huán)路電源限值由ADR02的最小輸入電壓(7 V)和最大輸入電壓(36 V)設置,。25°C時2N3904的最大容許功耗為625 mW,因此如果環(huán)路電源超過約30 V,,必須使用更高功耗的晶體管,。添加適當的降壓電阻,并與2N3904的集電極串聯,,可以降低2N3904的功耗,。
常見變化
這款基本電路比較靈活,可以使用多種不同的基準電壓源,、電壓輸出DAC和運放。需要考慮的是基準電壓源的精度,,DAC的分辨率和放大器的失調電壓,。主要要求是整個電路必須工作在環(huán)路電壓下,并且靜態(tài)電流小于4mA(DAC碼0x0000),。
進一步閱讀
Voltage Reference Wizard Design Tool.
數據手冊和評估板
AD5662 Data Sheet.
AD8627 Data Sheet.
ADR02 Data Sheet.
修訂歷史
5/09—Rev. 0 to Rev. A
Updated Format ............................................................ Universal
10/08—Revision 0: Initial Version