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AD转换隔离电路

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标签： AD转换隔离电路

AD转换隔离电路

AD转换隔离电路设计案列

电路笔记
CN-0066
连接/参考器件
利用
ADI
公司产品进行电路设计
放心运用这些配套产品迅速完成设计。
欲获得更多信息和技术支持，请拨打
4006-100-006
或
访问
www.analog.com/zh/circuits
。
AD7793
ADR441
ADuM5401
24
½
Σ-Δ
型
ADC
2.5 V
精密基准电压源
四通道isoPower
®
数字隔离器
基于
24
½
Σ-Δ
型
ADC AD7793
和数字隔离器
ADuM5401
的全隔离输入模块
电路功½与优势
本电路为要求隔离的单电源输入电路设计提供了一种完整的
解决方案。
AD7793
是一款
24
½
Σ-Δ
型
ADC，
内½片内
PGA，
因而可以直接处理来自传感器的小信号输入。PGA 增益可以
设½为
1、2、4、8、16、32、64
或
128。ADuM5401
提供微
控制器与输入之间所需的全部信号隔离和电源。本电路还含
有标准外部保护功½，且经过测试和验证，完全符合
IEC
61000
标准。
本电路选择
ADR441
为基准电压源。它具有
0.04%的出色精
度特性，温度漂移最大值为
3 ppm/°C。
ADuM5401
是 一 款 采 用
ADI
公 司
iCoupler
®
技 术 并 集 成
isoPower技术的四通道隔离器。它可用来在现场端与系统微
控制器之间实现隔离，隔离额定值为
2.5 kV（均方根值）。
ADuM5401
还集成了DC-DC½换器，
可在
5 V或 3.3 V时提供
500 mW的稳压隔离电源。本设计利用ADuM5401
提供的
5 V
电压为输入模块上的所有模拟电路供电。所有四条数据线½
得到利用：三条用于发射(
CS
、SCLK、DIN)，一条用于接收
(DOUT)，这些线与标准SPI接口相连。
电路描述
传感器输出通常是小信号，例如热电偶或
RTD
等。本设计允
许将这些小信号输入直接与
AD7793
的输入相连，后者具有
最大增益为
128
的内部
PGA。该设计可以用½非环路供电
SMART
发射器的完整解决方案。
图
1. 24
½隔离式单电源输入电路（原理示意图）
Rev.0
“Circuits from the Lab” from Analog Devices have been designed and built by Analog Devices
engineers. Standard engineering practices have been employed in the design and construction
of each circuit, and their function and performance have been tested and verified in a lab
environment at room temperature. However, you are solely responsible for testing the circuit
and determining its suitability and applicability for your use and application. Accordingly, in
no event shall Analog Devices be liable for direct, indirect, special, incidental, consequential or
punitive damages due to any cause whatsoever connected to the use of any “Circuit from the
Lab”. (Continued on last page)
One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A.
Tel: 781.329.4700
www.analog.com
Fax: 781.461.3113
©2009 Analog Devices, Inc. All rights reserved.
CN-0066
电路笔记
图
2
所示为
2.5 V
基准电压与
AD7793
的输入相连时，
其输出
性½的直方图。
输出端测得的噪声以峰峰分辨率来衡量。
20.4
½峰峰分辨率值表示：相对于
ADC
的
24
½分辨率，ADC 输
出端有
3.6
½“闪烁噪声”。因此，ADC 的“无噪声”码分
辨率为
20.4
½。就对整½系统误差的贡献而言，测得的
3.6
½噪声相对于
ADC
的满量程范围贡献了约
0.00007%的误差。
AD7793
的积分非线性误差为
0.0015%。
本设计还含有外部保护功½（如标准保护二极管和TVS器件
等） 且成功通过测试，
，
符合下列表
1
所示的IEC
61000
标准。
Derrick
关于外部保护技术的详细讨论，
请参考Colm
Slattery、
Hartmann和Li Ke合½撰写的“PLC评估板简化工业过程控制
系统设计”一文（
《模拟对话》
，43-04，2009 年
4
月）。
图
2.
输入模块直方图（
AD7793
，
512
个样本，数据速率为
4.17 Hz
，增益
为
1
，输入为
2.5 V
基准电压）
表
1.
符合
IEC
标准
测试项目
EN & IEC 61000-4-2
EN & IEC 61000-4-3
描述
静电放电(ESD)，±4
kV VCD
静电放电(ESD)，±8
kV HCD
辐射抗扰度
80 MHz
至
1 GHz（10 V/m）
，垂直天线极化
辐射抗扰度
80 MHz
至
1 GHz（10 V/m）
，水平天线极化
辐射抗扰度
1.4 GHz
至
2 GHz V/m）
垂直天线极化
（3
，
辐射抗扰度
1.4 GHz
至
2 GHz V/m）
水平天线极化
（3
，
EN & IEC 61000-4-4
EN & IEC 61000-4-5
EN & IEC 61000-4-6
EN & IEC 61000-4-8
电快速瞬变(EFT)
±2 kV
电源端口
电快速瞬变(EFT)
±1 kV
信号端口
电源线突波，±0.5
kV
对电源线执行抗扰度测试，10
V/m、5
分钟
对
I/O
电缆执行抗扰度测试，10
V/m、5
分钟
磁场抗扰度，水平天线极化
磁场抗扰度，垂直天线极化
结果
最大偏差：0.32%（CH3.
Class B）
最大偏差：0.28%（CH3.
Class B）
最大偏差：0.09%（CH1）
，0.30%（CH3.
Class B）
最大偏差：–0.04%（CH1）
，0.22%（CH3.
Class B）
最大偏差：0.01%（CH1）
，-0.09%（CH3.
Class B）
最大偏差：0.01%（CH1）
，0.09%（CH3.
Class B）
最大偏差：–0.12%（CH3.
Class B）
最大偏差：–0.02%（CH3.
Class A）
未发生电路板或器件损坏情况，符合
Class B
要求
最大偏差：0.09%（CH3.
Class B）
最大偏差：–0.93%（CH3.
Class B）
最大偏差：–0.01%（CH3.
Class A）
最大偏差：–0.02%（CH3.
Class A）
Rev. 0 | Page 2 of 3
电路笔记
进一步阅读
Chen, Baoxing. 2006.
iCoupler
®
Products with isoPower™
Technology: Signal and Power Transfer Across Isolation Barrier
Using Microtransformers.
Analog Devices.
MT-004 Tutorial,
The Good, the Bad, and the Ugly Aspects of
ADC Input Noise—Is No Noise Good Noise?
Analog Devices,
Inc.
MT-022 Tutorial,
ADC Architectures III: Sigma-Delta ADC
Basics.
Analog Devices, Inc.
MT-023 Tutorial,
ADC Architectures IV: Sigma-Delta ADC
Advanced Concepts and Applications.
Analog Devices, Inc.
Slattery, Colm, Derrick Hartmann, and Li Ke. “PLC Evaluation
Board Simplifies Design of Industrial Process Control Systems.”
Analog Dialogue
(April 2009).
Wayne, Scott. “iCoupler
®
Digital Isolators Protect RS-232,
RS-485, and CAN Buses in Industrial, Instrumentation, and
Computer Applications.” Analog Dialogue (October 2005).
CN-0066
数据手册和评估板
PLC Demo System.
ADuM5401 Evaluation Board.
AD7793 Data Sheet.
ADR441 Data Sheet.
ADuM5401 Data Sheet.
修订历史
7/09—Revision 0: Initial Version
(Continued from first page) "Circuits from the Lab" are intended only for use with Analog Devices products and are the intellectual property of Analog Devices or its licensors. While you may
use the "Circuits from the Lab" in the design of your product, no other license is granted by implication or otherwise under any patents or other intellectual property by application or use of the
"Circuits from the Lab". Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, "Circuits from the Lab" are supplied "as is" and without warranties of any
kind, express, implied, or statutory including, but not limited to, any implied warranty of merchantability, noninfringement or fitness for a particular purpose and no responsibility is assumed by
Analog Devices for their use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from their use. Analog Devices reserves the right to change any "Circuits from
the Lab" at any time without notice, but is under no obligation to do so. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners.
©2009 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and
registered trademarks are the property of their respective owners.
CN08348sc-0-7/09(0)
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Rev. 0 | Page 3 of 3
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