搞定功耗和空間，可靠又緊湊的隔離模擬輸出模塊是這樣實現的

　　為可編程邏輯控製器(PLC)或分布式控製係統(DCS)模塊等過程控製應用設計通道間隔離模擬輸出模塊時，主要權衡因素通常是功耗和通道密度。隨著模塊尺寸縮小，通道密度增加，每個通道的功耗必須降低，以滿足模塊的最大功耗預算要求。更高的通道密度也意味著每個通道可用的PCB空間越少。

　　係統級解決方案

　　圖1所示為 AD5758 和 ADP1031 係統解決方案，它們解決了功耗和空間問題，支持實現更高水平的集成。本文顯示在製造單通道功耗低於2 W的8通道模塊時，如何讓其保持小尺寸。

　　圖1. AD5758和ADP1031 8通道電路板

　　ADP1031解決了隔離和尺寸問題，提供300 V基礎的電源和數據隔離，AD5758則提供低功耗、高精度，可配置的電流或電壓輸出通道。

　　集成、隔離電源和數據

　　ADP1031采用了ADI獲得專利的iCoupler?技術，在7 mm × 9 mm大小的封裝內集成3個隔離電源軌，以及SPI和GPIO數據隔離。這種高度集成幫助解決了PCB空間占用問題，在較小的PCB空間內整合和滿足所有通道隔離要求。

　　圖2. ADP1031框圖

　　低功耗

　　AD5758采用了動態功率控製(DPC)技術，在該器件被配置用於控製電流輸出時，在最壞的操作條件下，能夠幫助最小化模塊的功耗。它可以持續跟蹤輸出電壓，將輸出驅動器的供電量降到最低，以保持輸出負載電流，上述這些都通過一個集成、可編程、高效率的降壓轉換器實現。在電流輸出模式下，DPC啟用後，AD5758會自動調節DPC電壓，在所有負載條件下最小化功耗。

　　圖3. AD5758框圖

　　ADP1031的設計經過優化之後，能在最壞的負載條件下為AD5758提供高效的隔離電流，以此最小化總通道功耗。ADP1031中集成的高速SPI通道在啟動時也可以降低功耗，在關閉時則進入低功耗狀態。

　　ADP1031寬輸入電源電壓範圍：4.5 V 至 60 V集成式反激電源開關生成隔離式獨立雙極輸出和工廠可編程降壓輸出VOUT1：21 V、24 V 或 6 V 至 28 VVOUT2：5.15 V、5.0 V 或 3.3 VVOUT3：?24 V 至 ?5 V使用1:1比率的變壓器簡化變壓器設計適用於反激、降壓和反相穩壓器的峰值電流限製和OVP精密啟用輸入和電源正常輸出可通過 SYNC 輸入調整開關頻率每個穩壓器的內部補償和軟啟動控製高速低傳播延遲 SPI 信號隔離通道三個 100 kbps 通用隔離式數據通道

　　隔離反激式變壓器

　　由於ADP1031集成了反激通道，導致反激式變壓器的設計得到簡化，因為它隻需要單個初級和次級繞組。這意味著變壓器的外形可以更小，同時仍能滿足效率和隔離要求。推薦ADP1031使用的變壓器的尺寸為8.6 mm × 8.26 mm，高度不到9.7 mm。衝壓件編輯分析有關推薦使用的變壓器的列表，請參考ADP1031數據手冊。

　　解決方案尺寸

　　高度集成使得每個隔離通道都能裝入大小不足400 mm2的雙麵PCB中。這包括所有相關的無源組件和隔離間距。

　　支持診斷和HART連接的靈活的高精度通道

　　AD5758集成了先進的診斷功能，能夠快速檢測異常行為和故障。錯誤標誌被存儲在兩個寄存器中：數字診斷結果寄存器和模擬診斷結果寄存器，分別用於片內數字診斷和片內模擬診斷。一些重要診斷包括：看門狗定時器錯誤SPI CRC錯誤無效的SPI訪問SCLK計數器錯誤校準存儲器CRC錯誤輸出過壓保護電壓輸出短路錯誤電流輸出開路錯誤過溫錯誤內部供電錯誤DPC錯誤

　　AD5758還集成了一個12位ADC，可以在用戶選擇的節點上提供診斷測量，比如內部電源和接地、內部裸片溫度監視器和內部基準電壓源。

　　AD5758具有一個CHART引腳，HART?信號以電容耦合的方式連接到這個引腳。啟用HART連接之後，HART信號會在VIOUT引腳顯示。此功能僅在將VIOUT配置為輸出電流時可用。

　　EMC性能

　　AD5758在所有可能連接至螺絲端子（VIOUT、+VSENSE和?VSENSE）的引腳上集成了線路保護裝置。這些線路保護裝置通過限製內部通過VDPC+和AVSS電軌的電壓，保護這些引腳不受高達±38 V的正負電壓影響。如果檢測到VIOUT引腳上的電壓超過此限製，則錯誤標誌置位，可以通過SPI端口回讀。

　　已經針對AD5758和ADP1031係統做過大量EMC測試。參考表1和表2查看測試結果匯總。

　　表1. 電磁輻射騷擾性能概覽

　　表2. 電磁抗擾度性能概覽

　　係統應用框圖

　　圖4. 係統連接框圖

　　圖5. 8通道模塊功耗與電源電壓和負載

　　結論

　　AD5758和ADP1031係統級解決方案支持實現可靠、緊湊的8通道（通道間隔離）模擬輸出模塊，在最壞的功耗條件下，所有8個通道都能實現出色的低功耗（低於2W）。

　　備注：以上文章來源於亞德諾半導體，作者ADI。歡迎關注工程師小何，持續更新硬件、射頻知識，如果您覺得本文有點小用，可以點擊右上角“…”擴散到朋友圈~~~