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关键字：HART 多路复用 数字隔离 DC/DC控制
电路描述
对于工业控制模块，标准模拟输出电压和电流范围包括±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。电压输出范围还提供20%的超范围特性。AD5755-1支持所有这些范围，是一种高精度、全集成、低成本的单芯片解决方案。每个DAC通道都有一个增益(M)寄存器和一个失调(C)寄存器，用于消除整个信号链的增益和失调误差。
电流输出和电压输出通过独立引脚提供，任何时候仅一个输出处于有效状态，因而允许将两个输出引脚连在一起并接到单个引脚上。当使能电流输出时，电压输出处于三态模式；当使能电压输出时，电流输出为三态模式。模拟输出受短路和开路保护。
AD5755-1支持内部或外部精密电流设置电阻用于电压-电流转换电路，如图3所示。输出电流值在全温度范围内的稳定性取决于RSET值的稳定性。作为提高输出电流在整个温度范围内的稳定性的一种方法，可将一个外部15 kΩ低漂移电阻连接到AD5755-1的RSET_X引脚，以取代内部电阻。外部电阻通过DAC控制寄存器进行选择。高精度测量通过两种选项进行评估。
图3. 电压-电流转换电路
精密基准电压源的选择
AD5755-1有一个片内10 ppm/°C(最大值)基准电压源。为了提高在整个温度范围内的性能，该设计采用一个ADR02基准电压源，其最大漂移为3 ppm/°C(B级，SOIC封装)。基准输入端的电压用于为DAC内核提供经缓冲的基准电压。因此，任何基准电压误差都会反应到的输出端。
ADR02是一款5 V精密基准电压源，允许高达36 V的输入电压。其最大精度误差为0.06%，最大温度漂移为3 ppm/°C(B级，SOIC封装)。该漂移在工业温度范围内会贡献大约0.02%误差。其长期漂移为50 ppm(典型值)，0.1 Hz至10 Hz噪声指标为10μ Vp-p(典型值)。
动态功率控制
AD5755-1集成基于DC-DC升压转换器电路的动态电源控制功能，在电流输出模式下可降低功耗。多数PLC电流输出电路都采用一个固定电压源，以满足整个负载电阻值范围内的顺从输出电压要求。例如，在驱动20 mA时，一个负载为750 Ω的4 mA至20 mA环路就要求顺从电压不低于15 V。但在将20 mA驱动至50Ω负载时，则只需要1 V的顺从电压。如果在驱动50 Ω负载时，15 V的顺从电压保持不变，则会浪费20 mA × 14 V = 280 mW的功率。
AD5755-1电路通过检测输出电压，调节顺从电压，不论负载电阻有多大，只允许少量的裕量电压，由此消除了这种功率损失。AD5755-1最多可以将24 mA驱动至1 kΩ的负载。
DC-DC转换器工作原理
AD5755-1内置4个独立的DC-DC转换器，用于为各个通道的VBOOST_X电源电压提供动态控制(参见图3)。图4所示为DC-DC电路所需要的分立元件。
图4. DC-DC电路
建议在CDCDC之后放置一个10 Ω、100 nF低通RC滤波器。虽然该器件会消耗少量电能，但会减少BOOST_X电源上的纹波。
DC-DC转换器采用一种恒频、峰值电流模式控制方案，以将4.5 V至5.5 V的AVCC输入升压，从而驱动AD5755-1输出通道。这些器件设计用于工作在断续导通模式(DCM)，占空比小于90%(典型值)。
启用通道电流输出时，转换器将VBOOST_X电源调节至7.4 V (±5%)或(IOUT_X × RLOAD + 裕量)(取较大值)。在电流输出模式下，若输出被禁用，转换器将把VBOOST_X电源调节至7.4 V (±5%)。在电压输出模式下，若输出被禁用，转换器将把VBOOST_X电源调节至+15 V (±5%)。有关DC-DC转换器工作情况的详情，请参见AD5755-1数据手册。
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