模拟输出及架构概览

作者:Kevin Duke

去年,我同事 Tony Calabria 和我发表了 DAC 基础知识系列博客。在该系列文章中,我们探讨了高精度数模转换器 (DAC) 的静态及动态规范、高精度 DAC 架构以及 DC 误差计算。

今年在该系列中,我们将继续发表文章,发表基于应用的 DAC 基础知识后续文章。我们将首先发表针对工业控制应用的“迷你系列”博客文章。

作为该系列的开篇文章,我今天首先介绍 DAC 可用于工业控制系统方面的内容。此外,我还将探讨双线与三线/四线系统之间的区别。



在工业控制应用中,DAC 最常用于针对可编程逻辑控制器 (PLC)(上图左侧)或传感器发送器(也叫现场发送器)(上图右侧)使用的模拟输出。

在这两种情况下,DAC 都可用来提供电压输出或电流输出。电流输出最普遍,大概占 75%。

电压输出一般为四个范围中的一种:0~5V、0~10V、+/-5V 以及 +/-10V,但也有一些需要超范围输出的特例。电流输出通常是指 4~20mA 这一种范围,但也经常使用更宽一点的范围,有时可达到 3.5~25.5mA。

PLC 和传感器发送器的模拟输出都使用相同的电压及电流输出范围,但它们的使用也有很大的不同。

PLC 模拟输出通常可控制某个支持其输出的系统环节,能够通过电压输出转动电机,或通过电流输出移动线性致动器,以控制阀门。传感器发送器中的模拟输出不仅能够与传感器配对,而且还可进行现场远程安放,监控系统的某个参数。

1

图 1 是采用两线配置的典型系统架构,适用于与现场发送器配对的 PLC 模拟输入模块。该配置之所以称为两线系统,是因为模拟输出模块只有两个端节:电源端节和接地端节。模拟输入模块可提供支持电源电压/电流的现场发送器,而两线现场发送器则可精确控制其返回到输入模块的电流幅值,以便建立通信。两线现场发送器的独特挑战是将所有组件的流耗保持在 4mA 以下,以便通过标准 4~20mA 环路进行通信。

有时候,传感器(用于传感器发送器中)所需的激励电流要大于两线环路供电系统所能提供的电流。在这种情况下,可为传感器发送器使用三线方案,其中包括独立电源端节、电流输出端节以及接地端节,如图 2 所示。或者,有时候也可以为两线系统提供一个局部隔离电源。

2

PLC 中的模拟输出与上面的三线配置很相似。主要区别是电源由背板本地提供,如下图中的电源端节所示。请记住,在这种情况下模拟输出位于控制层面,其将驱动现场层面的负载。

3

在往后几个月,我将为两线及三线配置提供实例设计,不仅将深入介绍工业瞬态与瞬态保护电路,而且还将为您的工业模拟输出设计提供更多要诀与技巧。

 

 

原文请参见:  http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisionhub/archive/2014/04/29/industrial-dacs-an-overview-of-analog-outputs-and-architectures.aspx

  • 谢谢分享!通过本篇文章了解了传感器发送器双线与三线/四线系统之间的区别。如果能够例举具体应用实例则更方便接受理解。

  • 学谢谢分享。以前用过2线模拟量输出4-20mA,3线,4线到没有见到。通过阅读这边文章对双线、三线、四线的模拟输出有更深刻的了解。图文并茂,思路清晰,非常完美的一篇博文。

  • 变送器输出,或数显表、电测仪表中常用到模拟量输出,现在要求精度越来越高。这个方案中提供中的三线 方案提供隔离电源,对现场来 说很有用途。期待完整的设计方案。

  • 最近刚涉及到PLC的模拟量输出设计,就是用的三线制,电源专门做了隔离。阅读博文后有所受益,后面会深入了解。

  • 感谢分享的知识,数模转换器在许多PLC应用中起到重要的作用,了解常用数模转换器架构及相关的权衡折衷方法,将有助于针对某项具体应用选择最为合适的产品

  • 谢谢分享,学习了双线三线四线的模拟输出,精度控制,隔离方案等都有不小的感触,赞同增加设计多多方案的想法。