四通道器件AD5755每個(ge) 通道均具有可編程電流和電壓輸出。同樣地，16位CDAC的每個(ge) 通道也具有16位增益和失調寄存器，使用戶可以設置任何輸出範圍的零電平和滿量程值。現在，每個(ge) 通道還具有專(zhuan) 用HART引腳，經全麵測試與(yu) HART兼容。除已經提到的動態功率控製功能之外，器件內(nei) 還集成了許多其他診斷功能。左側(ce) 可以看到看門狗定時器，它會(hui) 監控SPI引腳上的活動。例如，如果係統內(nei) 的微控製器發生故障，則看門狗定時器可以置位故障條件，後者接著可用於(yu) 將輸出置於(yu) 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。最後，器件上提供了數字壓擺率控製功能，使用戶可以設置輸出壓擺率。這對執行器控製應用等很有用，例如控製慢速器件時想要限製快速輸出變化。

比較一下動態功率控製功能的一些結果，在短路條件下對所有四路輸出同時實施及不實施動態功率控製功能時的結溫升高情況可以看到結果，未使能動態功率控製時，內(nei) 部芯片溫度升高約70℃，這在矽IC級別實現了75%的熱節省。實際上，這些功率和熱優(you) 勢使客戶可以在自己的係統中實現通道密度增加，而不必增加模塊或機架尺寸或犧牲其他設計參數，如溫度範圍、電源或負載條件。

人們(men) 常常會(hui) 問這樣一些問題，片內(nei) DC-DC會(hui) 產(chan) 生多少紋波？以及這對係統性能有何影響？特別是考慮到後置調節階段不使用LDO時？設計電路時用到了DC-DC抑製元件，而AVCC是DC-DC-DC輸入的電源，通常為(wei) 5 V。10Ω電阻左側(ce) 是DC-DC的輸出端；出於(yu) 完整性考慮，我們(men) 添加了可選低通RC濾波器，充當一階抗混疊濾波器。所設計的電路也具有4~20 mA輸出。現在這裏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，導線電容取決(jue) 於(yu) 電纜類型，但每英尺約在20pF~50pF範圍內(nei) 較佳。存在電阻負載時，前麵已經提到最大端接電阻為(wei) 1kΩ，本例中使用相同值，另外我們(men) 還為(wei) 電容提供了可選負載連接，這是為(wei) 了在需要時仿真環路電容。器件設置為(wei) 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。對於(yu) 示波器上的每個(ge) 格，兩(liang) 個(ge) 波形均設置為(wei) 約5mA，可以看到VBoost輸出端無容性負載時紋波約為(wei) 7.6 mV。這是4-20mA輸出，此情況下滿量程建立時間約為(wei) 580µs。如果為(wei) 輸出負載添加1nF電容（這是為(wei) 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，對於(yu) 電壓模式，建立時間仍為(wei) 幾微秒級別，此處的所有建立時間數據僅(jin) 與(yu) 電流模式輸出相關(guan) 。這說明了紋波幅度與(yu) 建立時間和輸出電容之間存在權衡關(guan) 係。係統設計人員必須確定係統可以容許的紋波大小情況。

在之前的解決(jue) 方案中，是使用多個(ge) 分立元件能提供完整的係統級解決(jue) 方案。SPI接口、開關(guan) 變壓器、PWM控製器和降壓DC-DC轉換器均需要分立式數據隔離器，以便產(chan) 生為(wei) 轉換器供電所需的隔離DC-DC電源。所有這些元件都會(hui) 增加係統電路板麵積、空間和成本。對於(yu) 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係列器件可為(wei) 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(jue) 方案。這些都是四通道數字隔離器，但也集成了用於(yu) 隔離式DC-DC轉換器的PWM控製器和變壓器驅動器。這樣便無需單獨的隔離式DC-DC轉換器以及功耗為(wei) 2W或更低的設計。

圖6 ADuM347x隔離式PWM控製器和四通道數字隔離器

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(you) 化PCB設計，增強相應的散熱能力；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衝(chong) 擊？

答：可以在輸入端加一些小的濾波電感，可以有效遏製上電瞬間的衝(chong) 擊電流，另外在很多電源控製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的動態功率控製（DPC）閾值是否可在電路中編程?

答：可以通過控製相關(guan) 寄存器實現。

問：隔離方案有模擬和數字兩(liang) 種，如何正確選擇?

答：具體(ti) 按照設計上需要隔離模擬還是數字，一般來說，數字要相對容易和經濟。在高噪聲工業(ye) 環境中，采用數字隔離方案的抗擾性會(hui) 好一些。

問：器件或係統短路時產(chan) 生較大的電流，如何控製和降低係統短路的時間以改善係統的可靠性?

答：短路發生時，一般芯片內(nei) 部都會(hui) 有過流檢測功能，對於(yu) DC-DC電源來說，如果是電流控製模式，會(hui) 有cycle by cycle電流檢測，發現過流情況，在一個(ge) 開關(guan) 周期就可以做出反應，所以響應時間比較快。為(wei) 了提高係統穩定性，減小由於(yu) 短路造成係統過熱，可以選擇具有hiccup 模式的過流保護，就是短路後，芯片會(hui) 關(guan) 斷很長一段時間，然後重新啟動，如果短路仍在，就繼續關(guan) 斷重啟，直至短路狀態消失。這對係統穩定性會(hui) 有很大幫助。

問：如何選擇係統采樣的精度以達到功耗和精度的優(you) 化?

答：提高采樣精度，需要采用高分辨率的ADC，對應的基準電壓源，以及相應分辨率的信號調理電路。首先滿足係統精度的要求，然後考慮采樣速率，通常采樣速率高的情況下，功耗會(hui) 增加，在功耗增加的情況下，也會(hui) 使得ADC周邊的工作溫度升高，從(cong) 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(ye) 過程控製係統中，主要的係統誤差來源有哪些？

答：整個(ge) 鏈路都存在有係統誤差來源，但一般越靠近前級影響越大，比如前端傳(chuan) 感器很重要，往往就決(jue) 定整個(ge) 係統的誤差。

問：如何解決(jue) 開關(guan) 電源噪聲對ADC精度的影響?

答：在原理圖與(yu) PCB設計設計時，都需考慮開關(guan) 電源高頻噪聲的濾除與(yu) 阻隔，適當的使用磁珠，選擇合適的退耦電容容量與(yu) 組合，並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做二次穩壓。

問：AD5755的升壓DC/DC轉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(nei) 部有寄存器可以通過編程來設置最大輸出電壓。當超過這一電壓值，DC-DC會(hui) 關(guan) 斷。

問：為(wei) 了解決(jue) 散熱問題,采用四個(ge) 單路ADC和一個(ge) 四路ADC，效果會(hui) 有什麽(me) 不同?

答：通常采用四個(ge) 單路ADC，對於(yu) 每一片ADC來講，散熱效果會(hui) 好一些，但總體(ti) 功耗會(hui) 增加；采用一個(ge) 四路ADC，芯片的自身功耗會(hui) 增大一些，但是係統的總體(ti) 功耗相對會(hui) 降低，而且單片四路ADC的印製板占用麵積也會(hui) 相應減小，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通道數字隔離器的優(you) 點有哪些？

答：4通道數字隔離器有不同的配置，可以根據具體(ti) 通信數據的方向配置來選擇相應的型號。優(you) 點在於(yu) 高速數據通信隔離的時候，功耗比較光藕隔離方案要小很多，而且成本方麵也會(hui) 有所降低。#p#分頁標題#e#

問：使用開關(guan) 電源時，電容和電感太大會(hui) 不會(hui) 降低效率啊

答：開關(guan) 電源中，如果電感量大可以降低紋波電流，從(cong) 而減小線路的有效電流值，會(hui) 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(ge) 就相當於(yu) 在線路中串聯一個(ge) 電阻，所以要選擇具有小DCR的電感。電容的作用主要是為(wei) 了濾平輸出電壓，減小輸出電壓紋波，大的電容會(hui) 改善紋波性能。因為(wei) 電容也有自身電阻ESR，也會(hui) 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還適用於(yu) 哪些方麵的作用？

答：AD5755不僅(jin) 可以用規格書(shu) 上所提到的應用範圍：過程控製，執行器控製以及PLC(可編程控製器)等，還可以用於(yu) 傳(chuan) 感器產(chan) 品的開發。或者說，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複功能?

答：這個(ge) 取決(jue) 於(yu) 係統的工作環境，一般情況下，外部工作環境越複雜，越惡劣的係統，就需要選擇有比較強過載和恢複功能的芯片，而如果工作環境相對來說不是很惡劣，設計中這方麵因素可以考慮的少點。但是從(cong) 整體(ti) 上說，盡量選擇有過載能力和自恢複能力的芯片對係統整體(ti) 的魯棒性會(hui) 有比較大的提升。

問：降低功耗和減少有害熱事件的關(guan) 鍵技術有哪些？

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，現在SiC器件都在某些應用中被采用了，可以大大提高電源效率。第二，散熱技術的提高，比如水冷技術，在一些應用中也有用到，不過對於(yu) 目前主流應用還是通過優(you) 化係統設計來實現，比如在輕載工作中可以降低工作頻率，關(guan) 閉不必要的功能塊等來實現降低功耗。