基於PLC的係統采用多個傳感器和執行器，可測量和控製模擬過程變量
，例如壓力

、溫度和流量。PLC廣泛應用於眾多不同應用
，例如工廠
、煉油廠、醫療設備和航空航天係統

，它們需要很高的精度，還要保持穩定的長時間工作。 

 

本文說明如何利用ADAS3022來替換模擬前端(AFE)級，從而降低複雜性，解決多通道數據采集係統設計中遇到的諸多難題。這種高性能器件具有多個輸入範圍，非常適合高精度工業
、儀器、電力線和醫療數據采集卡應用，可以降低成本和加快產品麵市，同時占用空間很小，易於使用
，在1 MSPS速率下提供真正的16位精度。

 

圖1. 典型PLC信號鏈

 

 

圖1顯示在工業自動化和過程控製係統中使用PLC的簡化信號鏈。PLC通常包括模擬和數字輸入/輸出(I/O)模塊、中央處理器(CPU)和電源管理電路。

 

在工業應用中

，模擬輸入模塊可獲取和監控惡劣環境中的遠程傳感器信號，例如存在極端溫度和濕度、振動
、爆炸化學物品的環境。典型信號包括具有5 V、10 V
、±5 V和±10 V滿量程範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範圍的環路電流。當遇到具有嚴重電磁幹擾(EMI)的長電纜時，通常使用電流環路，因為它們本身具有良好的抗擾度。

 

模擬輸出模塊通常控製執行器，例如繼電器、電磁閥和閥門等，以形成完整自動化控製係統。它們通常提供具有5 V

、10 V、±5 V和±10 V滿量程範圍的輸出電壓
，以及4 mA至20 mA的環路電流輸出。

 

典型模擬I/O模塊包括2個
、4個、8個或16個通道。為滿足嚴格行業標準
，這些模塊需要提供過壓
、過流和EMI浪湧保護。大多數PLC包括ADC和CPU之間、CPU和DAC之間的數字隔離。高端PLC可能還有國際電工委員會(IEC)標準規定的通道間隔離。 很多I/O模塊包括每通道軟件可編程單端或差分輸入範圍、帶寬和吞吐率。

 

在現代PLC中，CPU自動執行多個控製任務
，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
，用於差錯校驗診斷和故障檢測。 常用通信接口包括RS-232、RS-485

、工業以太網、SPI和UART。

 

圖2所示電路是一款高度集成、16位、1 MSPS、多路複用
、8通道、靈活的數字采集係統(DAS)，集成可編程增益儀表放大器(PGIA)
，能夠處理全範圍工業級信號。這種高集成度可以節省電路板空間，降低整體部件成本
，使得ADAS3022非常適合空間受限的應用，例如自動測試設備
、電力線監控
、工業自動化、過程控製
、病人監護以及其他工業和儀表係統
，它們都采用±10 V的工業信號電平工作。

 

圖2. 采用5 V單電源的16位
、1MSPS、8通道數據采集解決方案簡化原理圖

 

ADAS3022可經配置用於測量最多八個單端輸入或四個差分對。七種雙極性輸入範圍可處理各種工業信號電平（±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、低紋波升壓轉換器產生±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）。對於高精度應用
，這款緊湊、經濟型電路可以提供高精度和低噪聲性能。經低功耗運算放大器AD8031緩衝後的低噪聲基準電壓源ADR434提供基準電壓。

 

這zhe個ge完wan整zheng傳chuan感gan器qi數shu據ju采cai集ji解jie決jue方fang案an占zhan用yong的de電dian路lu板ban空kong間jian僅jin為wei分fen立li方fang案an的de三san分fen之zhi一yi，並bing降jiang低di了le一yi半ban的de成cheng本ben，有you助zhu於yu工gong程cheng師shi簡jian化hua設she計ji，同tong時shi減jian小xiao高gao級ji工gong業ye數shu據ju采cai集ji係xi統tong的de尺chi寸cun
，縮suo短duan產chan品pin麵mian市shi時shi間jian，節jie省sheng成cheng本ben。它ta使shi得de我wo們men無wu需xu對dui輸shu入ru信xin號hao進jin行xing緩huan衝chong、電平轉換
、放大、衰減或其他調理

，也消除了我們對共模抑製
、噪聲和建立時間的擔憂，還解決了與設計高精度16位1 MSPS數據采集係統相關的諸多難題。

 

 

ADP1613用作單端初級原邊電感(SEPIC) Cuk轉換器，是ADAS3022在外部5 V電源供電情況下，為其提供20 mA時所需±15 V高壓電源以及最大值為3 mV的低輸出紋波的理想選擇。本應用中，ADP1613的開關頻率為1.3MHz。如圖3所示，ADP1613盡可能地減少了外部元器件數目
，並且具有超過86%的效率，因此它能滿足ADAS3022的規格要求。在該拓撲中使用低成本ADP1613的最大優勢
，是它在兩條供電軌之間的出色跟蹤能力
，同時使用現成的耦合電感可產生±15 V電壓。除此之外，還能通過ADIsimPower設計工具輕鬆快捷地完成設計製造。

 

圖3. ADP1613的效率(POUT/PIN)與輸出電流(IOUT)的關係

 

圖2所示電路采用ADP161x SEPIC-Cuk可下載設計工具中的下列輸入進行設計
，ADIsimPower提供該設計工具。利用ADIsimPower設計工具可進行完全定製設計，並通過單個控製器的低成本SEPIC-Cuk拓撲快速創建穩定的雙路供電軌。

 

測試設置的功能框圖如圖4所示。ADP1613評估板由外部+5 V電源驅動，產生ADAS3022板所需的±15 V電壓。7 V直流壁式電源為EVAL-CED1Z板供電。EVAL-CED1Z板上的穩壓器提供ADAS3022板所需的5 V電源。運行交流測試時
，采用Audio Precision SYS-2702產生低失真輸入信號。

 

圖4. 測試設置功能框圖

 

圖5顯示的是ADAS3022工作在1 MSPS
，並對其中一個通道施加20 Vp-p、20kHz輸入信號時的典型動態性能。試驗中，分別采用線性±15 V台式電源和ADP1613評估板的±15 V輸出驅動ADAS3022，未觀察到有交流或直流性能的差異。

 

圖5. 使用EVAL-CED1Z評估板和軟件的ADAS3022 FFT輸出

 

 

下一代工業PLC模塊需要高精度

、可靠運行和功能靈活性，所有這些特性都必須通過外形小巧的低成本產品提供。ADAS3022具有業界領先的集成度和性能
，支持廣泛的電壓和電流輸入，以便處理工業自動化和過程控製的各種傳感器信號。ADAS3022是PLCmonishurumokuaiheqitashujucaijikadelixiangzhixuan
，tashidegongyezhizaoshangnenggourangtamendexitongjuyouyuzhongbutongdetexing，tongshimanzugengjiayankedeyonghuyaoqiu。