PLC基本原理

 　　電流控製環的應用始於(yu) 20世紀早期的電傳(chuan) 打字機，最先使用的是0–60mA環路，後來改為(wei) 0–20mA環路，PLC係統率先加入4–20mA環路。4–20mA電流環有很多優(you) 勢，將4mA作為(wei) 最低通信電流，傳(chuan) 輸線斷開（開路）時很容易檢測到這一故障，隻需兩(liang) 條連線即可實現遠端傳(chuan) 感器供電，大約3.5mA。4–20mA環路可以采用模擬通信，也可以采用數字通信。

　　在傳(chuan) 統的分立器件設計中需要仔細計算，而且電路占用較大空間。Maxim推出了幾款20mA器件，能夠大大簡化係統設計。我們(men) 首先考慮典型的PLC功能，如圖3所示。

　　圖3. PLC簡化框圖

　　PLC用於(yu) 完成某項工作或任務。我們(men) 先檢測一個(ge) 物理參數，對其處理並進行決(jue) 策，然後命令某個(ge) 物理設備進行動作。根據這一模型，左下框顯示了信號調理輸出，可以采用MAX15500/MAX15501集成電路。

　　MAX15500/MAX15501允許選擇近程電壓控製或遠程電流控製。從(cong) 圖4可以看出，除了傳(chuan) 統的分立方案中所具備的基本通信功能外，器件中又加入了新的監測和保護功能。

　　圖4. MAX15500/MAX15501輸出調理器係列產(chan) 品，器件功能包括：為(wei) 1kΩ提供的±12V加載感應輸出、供給750Ω的±24mA電流、100µs的14位建立時間、40µs的12位建立時間。

 　　工廠布線受運動、震動等因素的影響，可能導致與(yu) 其它連接器之間的開路或短路。為(wei) 了保證設備和人身安全，需要進行安全監測。電纜發生失效時，在係統徹底失效之前會(hui) 有一段間隔時間。MAX15500係列能夠智能化地進行監測，管理不同的失效狀況。

　　考慮到工廠極端的EMI、RFI、電源浪湧條件，任何監控措施都必須可靠，能夠不受外界環境的幹擾。MAX15500係列包含了一個(ge) 最小260ms的開路、短路超時周期，這個(ge) 時間周期足以避免監測嘈雜環境引起的錯誤報警，而且也足夠捕獲短暫的電纜故障。此外，器件將鎖存故障並觸發一個(ge) 獨立的硬件中斷引腳報警，從(cong) 而使處理器快速響應電纜短路故障。處理器收到中斷後可以讀取MAX15500的寄存器內(nei) 容，獲取準確的故障信息，清除故障中斷。除了監測電纜的狀況外，器件還提供其它安全功能，例如，通過檢測芯片溫度監控環境是否過熱。可調節的電源跌落檢測門限對於(yu) 可靠的係統設計非常關(guan) 鍵，電源電壓檢測門限可以在±10V至±24V範圍調節，級差為(wei) 2V。

　　為(wei) 了保證係統安全，MAX15500/MAX15501輸出還具有過流保護、對地短路保護以及高達±35V的過壓保護。為(wei) 滿足客戶需求，MAX15500/MAX15501提供可編程的超量程能力。某些用戶采用滿量程的105%，甚至120%進行測試或處理緊急操作（係統可能出於(yu) 部分故障或強噪聲環境）。MAX15500/MAX15501采用32引腳、5mm² TQFN封裝，帶有裸焊盤，改善散熱。

　　MAX15500/MAX15501輸出調理器符合HART®標準，HART （高速可尋址遠端傳(chuan) 感器）協議能夠在4–20mA控製線路上承載雙向數字信號，類似於(yu) 1200波特率、用於(yu) 固定電話呼叫的Bell 202協議。

　　MAX15500/MAX15501還具有獨立的SPI™總線，減少了電氣隔離所需要的光隔離器。器件采用的是特殊的自定時SPI接口，支持菊鏈協議。當多個(ge) SPI器件需要通過電氣隔離控製時，這種模式有助於(yu) 減少控製線和隔離光耦的需求。

　　在更小的PCB （PC板）上集成更多功能

 　　設計分立、可選電壓（單極性和雙極性）或電流輸出調節電路是一項極具挑戰的任務，特別是當設計人員了解到需要控製滿量程可變增益、針對單極性和雙極性電壓設置的多種複位電平、0mA和4mA電路需求時，會(hui) 對係統的複雜度又進一步的認識。圖5簡化了這些功能設計，因為(wei) 這些功能已經集成在MAX5661電流和電壓輸出DAC的內(nei) 部。

　　圖5. MAX5661的簡化功能框圖

 　　MAX5661借助其編程功能解決(jue) 了分立方案設計難題，可以方便地選擇以下參數：

　　輸出電壓

　　單極性範圍：0至+10.24V，±25%

　　雙極性範圍：±10.24V，±25%

　　電流輸出

　　單極性低檔範圍：0至20.45mA

　　單極性高檔範圍：3.97mA至20.45mA

　　滿量程輸出增益

　　以10位分辨率或間隔調整到高達±25%的超範圍

　　異步複位或清零，或預置到16位數字

　　這些功能提供了設計靈活性，作為(wei) 模擬電源時，輸出電壓範圍為(wei) ±13.48V至±15.75V；電流輸出時，輸出電壓擺幅為(wei) ：+13.48V至+40V。差分電壓輸出可以通過電壓輸出放大器的加載/感應檢測實現遠程檢測。故障輸出中斷指示開路電流輸出、短路電壓輸出或狀態清除。該功能由限流電壓輸出驅動；對於(yu) 電流輸出，壓差檢測器對超出規定範圍的電流輸出進行監測。/LDAC引腳用於(yu) 控製異步DAC更新和多DAC同步係統。

　　上述所有功能集成在MAX5661 10mm x 10mm LQFP封裝內(nei) 。

       利用電壓和電流調理提供多PLC輸出

 　　很明顯，可以利用多片MAX5661 16位器件提供其它附加功能，但是，對於(yu) 需要低分辨率、低成本的PLC係統可以考慮其它方案，Maxim提供分辨率為(wei) 6位至16位的DAC，擁有超過2500種不同型號的器件。該係列產(chan) 品的通道選擇包括：1至4通道、8通道、16通道以及32通道。通信接口包括並行、高速SPI和I²C串行總線等。另外，還可以選擇快速建立時間（《 1µs）、小尺寸（SOT23、QFN、µMAX®）以及更高精度（≤ 1 LSB INL）等器件。

　　Maxim近期推出的高精度DAC係列產(chan) 品包括MAX5134–MAX5137和MAX5138/MAX5139，這些DAC包括六路可選的緩衝(chong) 電壓輸出。所有器件采用+2.7V至+5.25V單電源供電，提供3線SPI/QSPI™/MICROWIRE™/DSP兼容串行接口。

　　MAX5134–MAX5137為(wei) 引腳兼容、軟件兼容的16位和12位DAC。MAX5134為(wei) 四通道16位器件，INL為(wei) ±8。MAX5135同樣為(wei) 四通道DAC，分辨率為(wei) 12位，INL為(wei) ±1；MAX5136為(wei) 雙通道16位器件，INL為(wei) ±8；MAX5137為(wei) 雙通道12位器件，INL為(wei) ±1。每款DAC都提供超小尺寸（4mm²）、24引腳TQFN封裝，工作在-40°C至+105°C擴展工業(ye) 級溫度範圍。#p#分頁標題#e#

　　MAX5138/MAX5139都是單通道、引腳和軟件兼容的DAC，提供小尺寸（3mm²）、16引腳TQFN封裝。MAX5138為(wei) 16位DAC，INL典型值為(wei) ±2；MAX5139為(wei) 12位DAC，INL典型值為(wei) ±0.25。

　　高性能MAX5134–MAX5139內(nei) 置10ppm/°C的高精度基準，也可以使用外部基準，以支持滿擺幅輸出。利用一個(ge) 硬件輸入引腳控製DAC的輸出設置，可以在上電或複位時將DAC輸出置於(yu) 0或中間值。該特性為(wei) 閥門驅動或其它需要在上電時處於(yu) 關(guan) 閉狀態變送器應用提供了附加保護。硬件加載DAC （/LDAC）引腳支持多片DAC的同步更新。串行接口提供/READY輸出，簡化多片MAX5134–MAX5139、MAX15500/MAX15501以及MAX5661器件鏈接時的控製。

　　對於(yu) 高性價(jia) 比的4路輸出PLC應用，可以選擇MAX5135四通道12位DAC和四通道MAX15500輸出調理器。

 　　結論

 　　Maxim DAC的高線性度和輸出調理功能使得這些器件能夠理想用於(yu) 高精度控製和儀(yi) 器儀(yi) 表。Maxim器件為(wei) 設計人員提供了一個(ge) 簡單、明智的選擇，能夠消除分立電路複雜、大尺寸的設計困擾。簡化設計意味著可以隨意選擇電壓或電流驅動，使繁忙的工程師能夠專(zhuan) 注於(yu) 係統設計的關(guan) 鍵部分，減少浪費，提供更加有效的高精度控製，進而改進我們(men) 的環境。