基于工业DAC+PMU实现工业环境中的低功耗小空间、多通道电路设计
|
最近两年，智能制造相关的新一代信息技术像雨后春笋一般涌现，给工业场景的信息化和智能化改造带来了无限的可能。但随之而来的是导致制造业系统环境的多变，而且在工厂自动化和工业自动化环境中，精密控制、更多传感器和更多驱动器意味着需要在同等或更小空间内需要容纳更多的I/O通道，这对系统空间尺寸和功耗带来了挑战。 系统空间尺寸和功耗几乎是当代工程师面临的共同的焦虑，对于要求严格的工业系统工程师来说可能更甚，如何破？本文将分享基于ADI公司的AD5758和ADP1031 DAC和电源隔离解决方案在这两个性能维度上带来的改变，不仅提供了行业所需的功能，更成功的解决了功耗和空间问题——ADP1031解决了隔离和尺寸问题，提供300 V基础的电源和数据隔离；AD5758则提供低功耗、高精度，可配置的电流或电压输出通道。
图1. AD5758和ADP1031 8通道电路板
低功耗、高精度可兼得？还看工业DAC 芯片被称为“工业的粮食”，在工业4.0的大潮下，工厂制造系统如何实现低功耗、高精度成了很多企业向智能工厂、数字工厂转型的关键。ADI的工业DAC AD5758集成了其第二代动态功率控制(DPC)功能，在该器件被配置用于控制电流输出时，在最坏的操作条件下，能够帮助最小化模块的功耗。它可以持续跟踪输出电压，将输出驱动器的供电量降到最低，以保持输出负载电流。上述这些都通过一个集成、可编程、高效率的降压转换器实现。在电流输出模式下，DPC启用后，AD5758会自动调节DPC电压，在所有负载条件下最小化功耗。 AD5758大小为5 mm x 5 mm，在业界同类产品中尺寸属于极小的。其结构坚固，所需外部保护元件更少，支持更小、更低成本的设计。它配备先进的诊断技术，有助于了解系统性能状况，以实现更高的可靠性及安排维护计划。
图2. AD5758框图
小尺寸供电和隔离问题，交给PMU 高效、高可靠的电源技术一直是ADI努力的方向。微功耗管理单元 (PMU) ADP1031将隔离式反激直流/直流稳压器、反相直流/直流稳压器和降压直流/直流稳压器结合在一起，提供三个隔离的电源轨。此外，ADP1031 包含四个高速串行外设接口 (SPI) 隔离通道和三个通用隔离器，适用于需要低功耗和小解决方案尺寸的通道对通道隔离应用。默认情况下，ADP1031 反激稳压器在 250 kHz 的开关频率下运行，而降压和反相稳压器在 125 kHz 的频率下运行。所有三个稳压器均相互相移以降低电磁干扰 (EMI)。ADP1031 可以在 350 kHz 至 750 kHz 的频率范围内由外部振荡器驱动以便于在敏感应用中进行噪声过滤。 另外，该器件采用了ADI获得专利的iCoupler技术，在7 mm × 9 mm大小的封装内集成3个隔离电源轨、以及SPI和GPIO数据隔离。这种高度集成帮助解决了PCB空间占用问题，在较小的PCB空间内整合和满足所有通道隔离要求。
图3. ADP1031框图
AD5758+ADP1031，业界首款DAC+电源系统 ADP1031的设计经过优化之后，能在最坏的负载条件下为AD5758 提供高效的隔离电流，以此最小化总通道功耗。ADP1031中集成的高速SPI通道在启动时也可以降低功耗，在关闭时则进入低功耗状态。
图4. DAC+电源系统连接框图
AD5758在所有可能连接至螺丝端子（VIOUT、+VSENSE和VSENSE）的 引脚上集成了线路保护装置。这些线路保护装置通过限制内部 通过VDPC+和AVSS电轨的电压，保护这些引脚不受高达±38 V的正负电压影响。如果检测到VIOUT引脚上的电压超过此限制，则错误标志置位，可以通过SPI端口回读。 另外，ADI已经针对AD5758和ADP1031系统做过大量EMC测试，结果如下所示： 表1. 电磁辐射骚扰性能概览
表2. 电磁抗扰度性能概览
可以看出，工业DAC AD5758和PMU ADP1031系统级解决方案支持实现可靠、紧凑的8通道 （通道间隔离）模拟输出模块，在最坏的功耗条件下，所有 8个通道都能实现出色的低功耗（低于2 W），特别适合用于运动控制、工厂和流程自动化应用。
总结 传统制造业工厂向工业4.0过渡需要与一位拥有深厚工业专业知识和向工业市场推广革命性技术进步辉煌历史的合作伙伴开展合作，现在，ADI公司就可以提供灵活的模拟 I/O 解决方案。ADI在其长达50多年的发展历程中，长期耕耘在高性能模拟技术领域，而工业领域在其2018年62亿美元的总收入中占比过半，该公司的技术在工业领域已被广泛认可与应用——从包括各种传感器和信号调理电路在内的前端检测，到后续的测量、数据解析，以及微处理器、DSP为基础的边缘计算和射频无线/以太网连接，覆盖完整的信号链，能够向客户提供他们如今需要的产品以满足其制造和加工需求。 （编辑：南平站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
