四通道器件AD5755每個通道均具有可編程電流和電壓輸出。同樣地，16位CDAC的每個通道也具有16位增益和失調(diào)寄存器，使用戶可以設(shè)置任何輸出范圍的零電平和滿量程值。現(xiàn)在，每個通道還具有專用HART引腳，經(jīng)全面測試與HART兼容。除已經(jīng)提到的動態(tài)功率控制功能之外，器件內(nèi)還集成了許多其他診斷功能。左側(cè)可以看到看門狗定時器，它會監(jiān)控SPI引腳上的活動。例如，如果系統(tǒng)內(nèi)的微控制器發(fā)生故障，則看門狗定時器可以置位故障條件，后者接著可用于將輸出置于已知或故障安全條件下。另外所有輸出通道上都具有斷路和短路檢測及保護功能。最后，器件上提供了數(shù)字壓擺率控制功能，使用戶可以設(shè)置輸出壓擺率。這對執(zhí)行器控制應(yīng)用等很有用，例如控制慢速器件時想要限制快速輸出變化。

比較一下動態(tài)功率控制功能的一些結(jié)果，在短路條件下對所有四路輸出同時實施及不實施動態(tài)功率控制功能時的結(jié)溫升高情況可以看到結(jié)果，未使能動態(tài)功率控制時，內(nèi)部芯片溫度升高約70℃，這在硅IC級別實現(xiàn)了75%的熱節(jié)省。實際上，這些功率和熱優(yōu)勢使客戶可以在自己的系統(tǒng)中實現(xiàn)通道密度增加，而不必增加模塊或機架尺寸或犧牲其他設(shè)計參數(shù)，如溫度范圍、電源或負載條件。

人們常常會問這樣一些問題，片內(nèi)DC-DC會產(chǎn)生多少紋波？以及這對系統(tǒng)性能有何影響？特別是考慮到后置調(diào)節(jié)階段不使用LDO時？設(shè)計電路時用到了DC-DC抑制元件，而AVCC是DC-DC-DC輸入的電源，通常為5 V。10?電阻左側(cè)是DC-DC的輸出端；出于完整性考慮，我們添加了可選低通RC濾波器，充當一階抗混疊濾波器。所設(shè)計的電路也具有4~20 mA輸出。現(xiàn)在這里將有一些阻性負載和一些容性負載，而電纜一般使用單獨屏蔽的單對或多對雙絞線電纜，導(dǎo)線電容取決于電纜類型，但每英尺約在20pF~50pF范圍內(nèi)較佳。存在電阻負載時，前面已經(jīng)提到最大端接電阻為1k?，本例中使用相同值，另外我們還為電容提供了可選負載連接，這是為了在需要時仿真環(huán)路電容。器件設(shè)置為將20mA滿量程電流輸出至1kΩ負載，而VBoost輸出以及4-20mA輸出均交流耦合至示波器。對于示波器上的每個格，兩個波形均設(shè)置為約5mA，可以看到VBoost輸出端無容性負載時紋波約為7.6 mV。這是4-20mA輸出，此情況下滿量程建立時間約為580µs。如果為輸出負載添加1nF電容（這是為了仿真線路電容），可以看到電容或峰峰值紋波降低至約4.24 mV。再次將電容增加至10nF時，紋波將降至2mV以下，而輸出建立時間再次略微增加。值得注意的是，對于電壓模式，建立時間仍為幾微秒級別，此處的所有建立時間數(shù)據(jù)僅與電流模式輸出相關(guān)。這說明了紋波幅度與建立時間和輸出電容之間存在權(quán)衡關(guān)系。系統(tǒng)設(shè)計人員必須確定系統(tǒng)可以容許的紋波大小情況。

在之前的解決方案中，是使用多個分立元件能提供完整的系統(tǒng)級解決方案。SPI接口、開關(guān)變壓器、PWM控制器和降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器均需要分立式數(shù)據(jù)隔離器，以便產(chǎn)生為轉(zhuǎn)換器供電所需的隔離DC-DC電源。所有這些元件都會增加系統(tǒng)電路板面積、空間和成本。對于低功耗模塊，例如1W~2W級別，特別是需要通道間隔離的模塊，圖6中顯示的AD347X系列器件可為電源和隔離提供更高程度的整合，是集成度更高的電源管理解決方案。這些都是四通道數(shù)字隔離器，但也集成了用于隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器的PWM控制器和變壓器驅(qū)動器。這樣便無需單獨的隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器以及功耗為2W或更低的設(shè)計。

圖6 ADuM347x隔離式PWM控制器和四通道數(shù)字隔離器

問答選編

問：請問減少有害熱事件都有哪些方法？

答：提高電源效率；優(yōu)化PCB設(shè)計，增強相應(yīng)的散熱能力；通過外部風扇增加空氣對流，改善散熱。

問：如何有效降低上電瞬間的功耗沖擊？

答：可以在輸入端加一些小的濾波電感，可以有效遏制上電瞬間的沖擊電流，另外在很多電源控制芯片都有軟啟動電路，通過延長啟動時間也可以有效減小上電電流。

問：AD5755的動態(tài)功率控制（DPC）閾值是否可在電路中編程?

答：可以通過控制相關(guān)寄存器實現(xiàn)。

問：隔離方案有模擬和數(shù)字兩種，如何正確選擇?

答：具體按照設(shè)計上需要隔離模擬還是數(shù)字，一般來說，數(shù)字要相對容易和經(jīng)濟。在高噪聲工業(yè)環(huán)境中，采用數(shù)字隔離方案的抗擾性會好一些。

問：器件或系統(tǒng)短路時產(chǎn)生較大的電流，如何控制和降低系統(tǒng)短路的時間以改善系統(tǒng)的可靠性?

答：短路發(fā)生時，一般芯片內(nèi)部都會有過流檢測功能，對于DC-DC電源來說，如果是電流控制模式，會有cycle by cycle電流檢測，發(fā)現(xiàn)過流情況，在一個開關(guān)周期就可以做出反應(yīng)，所以響應(yīng)時間比較快。為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減小由于短路造成系統(tǒng)過熱，可以選擇具有hiccup 模式的過流保護，就是短路后，芯片會關(guān)斷很長一段時間，然后重新啟動，如果短路仍在，就繼續(xù)關(guān)斷重啟，直至短路狀態(tài)消失。這對系統(tǒng)穩(wěn)定性會有很大幫助。

問：如何選擇系統(tǒng)采樣的精度以達到功耗和精度的優(yōu)化?

答：提高采樣精度，需要采用高分辨率的ADC，對應(yīng)的基準電壓源，以及相應(yīng)分辨率的信號調(diào)理電路。首先滿足系統(tǒng)精度的要求，然后考慮采樣速率，通常采樣速率高的情況下，功耗會增加，在功耗增加的情況下，也會使得ADC周邊的工作溫度升高，從而引起溫度漂移，所以需要折中考慮功耗和精度的因素。

問： 在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，主要的系統(tǒng)誤差來源有哪些？

答：整個鏈路都存在有系統(tǒng)誤差來源，但一般越靠近前級影響越大，比如前端傳感器很重要，往往就決定整個系統(tǒng)的誤差。

問：如何解決開關(guān)電源噪聲對ADC精度的影響?

答：在原理圖與PCB設(shè)計設(shè)計時，都需考慮開關(guān)電源高頻噪聲的濾除與阻隔，適當?shù)氖褂么胖?，選擇合適的退耦電容容量與組合，并靠近器件電源管腳處放置，必要時可以選用ADI低壓差高精度低噪聲LDO做二次穩(wěn)壓。

問：AD5755的升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的升壓比有幾倍?是否可編程?

答：AD5755的升壓比可以最大達到6倍左右，可以通過外部電阻的配置來確定輸出電壓，而且內(nèi)部有寄存器可以通過編程來設(shè)置最大輸出電壓。當超過這一電壓值，DC-DC會關(guān)斷。

問：為了解決散熱問題,采用四個單路ADC和一個四路ADC，效果會有什么不同?

答：通常采用四個單路ADC，對于每一片ADC來講，散熱效果會好一些，但總體功耗會增加；采用一個四路ADC，芯片的自身功耗會增大一些，但是系統(tǒng)的總體功耗相對會降低，而且單片四路ADC的印制板占用面積也會相應(yīng)減小，唯一需要考慮的問題是需要處理好芯片散熱問題，避免溫度升高帶來的漂移影響。

問： 4通道數(shù)字隔離器的優(yōu)點有哪些？

答：4通道數(shù)字隔離器有不同的配置，可以根據(jù)具體通信數(shù)據(jù)的方向配置來選擇相應(yīng)的型號。優(yōu)點在于高速數(shù)據(jù)通信隔離的時候，功耗比較光藕隔離方案要小很多，而且成本方面也會有所降低。#p#分頁標題#e#

問：使用開關(guān)電源時，電容和電感太大會不會降低效率啊

答：開關(guān)電源中，如果電感量大可以降低紋波電流，從而減小線路的有效電流值，會對效率有一定提高。但在選擇電感時主要考慮電感的DCR，也就是自身的直流阻抗，這個就相當于在線路中串聯(lián)一個電阻，所以要選擇具有小DCR的電感。電容的作用主要是為了濾平輸出電壓，減小輸出電壓紋波，大的電容會改善紋波性能。因為電容也有自身電阻ESR，也會影響效率，所以要選擇小ESR的電容比較好，比如瓷片電容就要比電解電容好很多。

問：AD5755還適用于哪些方面的作用？

答：AD5755不僅可以用規(guī)格書上所提到的應(yīng)用范圍：過程控制，執(zhí)行器控制以及PLC(可編程控制器)等，還可以用于傳感器產(chǎn)品的開發(fā)?；蛘哒f，需要提供精密電壓和電流輸出信號的情況，都可以考慮使用AD5755。

問：如何選擇I/O模塊的過載能力和自恢復(fù)功能?

答：這個取決于系統(tǒng)的工作環(huán)境，一般情況下，外部工作環(huán)境越復(fù)雜，越惡劣的系統(tǒng)，就需要選擇有比較強過載和恢復(fù)功能的芯片，而如果工作環(huán)境相對來說不是很惡劣，設(shè)計中這方面因素可以考慮的少點。但是從整體上說，盡量選擇有過載能力和自恢復(fù)能力的芯片對系統(tǒng)整體的魯棒性會有比較大的提升。

問：降低功耗和減少有害熱事件的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？

答：第一，提高電源的效率比如新材料的引入。一些功率元件比如二極管和MOSFET，現(xiàn)在SiC器件都在某些應(yīng)用中被采用了，可以大大提高電源效率。第二，散熱技術(shù)的提高，比如水冷技術(shù)，在一些應(yīng)用中也有用到，不過對于目前主流應(yīng)用還是通過優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計來實現(xiàn)，比如在輕載工作中可以降低工作頻率，關(guān)閉不必要的功能塊等來實現(xiàn)降低功耗。