可編程邏輯控制器(PLC)是很多工業(yè)自動化和過程控制系統(tǒng)的核心，可監(jiān)控和控制復(fù)雜的系統(tǒng)變量。 基于PLC的系統(tǒng)采用多個傳感器和執(zhí)行器,，可測量和控制模擬過程變量，例如壓力,、溫度和流量,。 PLC廣泛應(yīng)用于眾多不同應(yīng)用，例如工廠,、煉油廠,、醫(yī)療設(shè)備和航空航天系統(tǒng)，它們需要很高的精度,，還要保持穩(wěn)定的長時間工作,。 此外,，激烈的市場競爭形勢要求必須降低成本和縮短設(shè)計時間,。 因此，工業(yè)設(shè)備和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計人員在滿足客戶對精度,、噪聲,、漂移、速度和安全的嚴格要求方面遇到了嚴峻的挑戰(zhàn),。
本文說明如何利用ADAS3022來替換模擬前端(AFE)級,，從而降低復(fù)雜性，解決多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計中遇到的諸多難題,。 這種高性能器件具有多個輸入范圍,，非常適合高精度工業(yè)、儀器,、電力線和醫(yī)療數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)用,，可以降低成本和加快產(chǎn)品面市，同時占用空間很小,，易于使用,，在1 MSPS速率下提供真正的16位精度。
圖1. 典型PLC信號鏈
PLC應(yīng)用示例
圖1顯示在工業(yè)自動化和過程控制系統(tǒng)中使用PLC的簡化信號鏈,。 PLC通常包括模擬和數(shù)字輸入/輸出(I/O)模塊,、中央處理器(CPU)和電源管理電路。
在工業(yè)應(yīng)用中,，模擬輸入模塊可獲取和監(jiān)控惡劣環(huán)境中的遠程傳感器信號,，例如存在極端溫度和濕度、振動,、爆炸化學(xué)物品的環(huán)境,。 典型信號包括具有5 V、10 V,、±5 V和±10 V滿量程范圍的單端電壓或差分電壓,，或者0 mA至20 mA、4 mA至20 mA,、±20 mA范圍的環(huán)路電流,。 當(dāng)遇到具有嚴重電磁干擾(EMI)的長電纜時,，通常使用電流環(huán)路，因為它們本身具有良好的抗擾度,。
模擬輸出模塊通?？刂茍?zhí)行器，例如繼電器,、電磁閥和閥門等,，以形成完整自動化控制系統(tǒng)。 它們通常提供具有5 V,、10 V,、±5 V和±10 V滿量程范圍的輸出電壓，以及4 mA至20 mA的環(huán)路電流輸出,。
典型模擬I/O模塊包括2個,、4個、8個或16個通道,。 為滿足嚴格行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，這些模塊需要提供過壓、過流和EMI浪涌保護,。 大多數(shù)PLC包括ADC和CPU之間,、CPU和DAC之間的數(shù)字隔離。 高端PLC可能還有國際電工委員會(IEC)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的通道間隔離,。 很多I/O模塊包括每通道軟件可編程單端或差分輸入范圍,、帶寬和吞吐率。
在現(xiàn)代PLC中,，CPU自動執(zhí)行多個控制任務(wù),，利用實時信息訪問進行智能決策。 CPU可能包含高級軟件和算法以及Web連接,，用于差錯校驗診斷和故障檢測,。 常用通信接口包括RS-232、RS-485,、工業(yè)以太網(wǎng),、SPI和UART。
圖2所示電路是一款高度集成,、16位,、1 MSPS、多路復(fù)用,、8通道,、靈活的數(shù)字采集系統(tǒng)(DAS)，集成可編程增益儀表放大器(PGIA),，能夠處理全范圍工業(yè)級信號,。 這種高集成度可以節(jié)省電路板空間,，降低整體部件成本，使得ADAS3022非常適合空間受限的應(yīng)用,，例如自動測試設(shè)備,、電力線監(jiān)控、工業(yè)自動化,、過程控制,、病人監(jiān)護以及其他工業(yè)和儀表系統(tǒng)，它們都采用±10 V的工業(yè)信號電平工作,。
圖2. 采用5 V單電源的16位,、1MSPS、8通道數(shù)據(jù)采集解決方案簡化原理圖
ADAS3022可經(jīng)配置用于測量最多八個單端輸入或四個差分對,。 七種雙極性輸入范圍可處理各種工業(yè)信號電平（±640 mV至±24.576 V）,，因此能夠直接與大部分傳感器接口相連。
+5 V單電源為電路供電,，高效率、低紋波升壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生±15 V電壓,，可處理最高±24.576 V的差分輸入信號（±2 LSB INL最大值,、±0.5 LSB DNL典型值）。 對于高精度應(yīng)用,，這款緊湊,、經(jīng)濟型電路可以提供高精度和低噪聲性能。 經(jīng)低功耗運算放大器AD8031緩沖后的低噪聲基準(zhǔn)電壓源ADR434提供基準(zhǔn)電壓,。
這個完整傳感器數(shù)據(jù)采集解決方案占用的電路板空間僅為分立方案的三分之一,，并降低了一半的成本，有助于工程師簡化設(shè)計,，同時減小高級工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的尺寸,，縮短產(chǎn)品面市時間，節(jié)省成本,。 它使得我們無需對輸入信號進行緩沖,、電平轉(zhuǎn)換、放大,、衰減或其他調(diào)理,，也消除了我們對共模抑制、噪聲和建立時間的擔(dān)憂,，還解決了與設(shè)計高精度16位1 MSPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相關(guān)的諸多難題,。