無論是在建築物中還是在生產車間，如今在任何地方都需要可編程控制器來調節各種生產過程、機器和系統。這就涉及到與相關器件連接的可編程邏輯控制器(PLC)或分布式控制系統(DCS)模塊。為了控制這些器件，PLC或DCS模塊通常具有提供電流輸出、電壓輸出或二者的組合的輸出模塊。工業控制模塊的標準模擬輸出電壓和電流範圍為±5V、±10V、0V至5V、0V至10V、4mA至20mA和0mA至20mA。特別是在工業領域，通常需要對微控制器和輸出外設進行電氣隔離。
傳統解決方案採用分立式設計，可以將微控制器的數位訊號轉換為模擬信號，或提供不同的模擬輸出，並實現電氣隔離。但是，與集成式解決方案相比，分立式設計有許多缺點。例如，組件數量多，導致系統非常複雜，電路板尺寸大，成本高。短路耐受能力甚至故障診斷等其他特性更凸顯了這些缺陷。
較好的解決方案是在單晶片上儘可能整合更多的功能，例如，ADI公司的高精度16位DAC AD5422。除了數模轉換，它還提供完全集成的可編程電流源和可編程電壓輸出，能夠滿足工業過程控制應用的需求。
圖1.使用AD5422和ADuM1401實現模擬輸出級隔離控制的簡化示例電路。
圖1顯示可完全隔離控制輸出模塊的模擬輸出級的示例電路。它特別適合需要4mA至20mA標準電流輸出和單極性或雙極性輸出電壓範圍的過程控制應用中的PLC和DCS模塊。這裡AD5422與 ADuM1401 四通道數字隔離模塊組合使用。
16位DAC AD5422的輸出可通過串行外設接口(SPI)配置。該模塊還集成診斷功能，這在工業環境中很有用。微控制器和DAC之間所需的絕緣電阻可通過ADuM1401實現，ADuM1401的四個通道用於與AD5422實現SPI連接：三個通道（LATCH、SCLK和SDIN）傳輸數據，第四個通道(SDO)接收數據。
特別是在工業應用中，必須提供能夠抗高干擾電壓的可靠輸出。IEC 61000等標準中規定了可靠性要求，例如，其中指定了有關電磁兼容性(EMC)的要求。為了符合這些標準，輸出端需要有額外的外部保護電路。一種可能的保護電路如圖2所示。
圖2.用於AD5422輸出的符合IEC 61000標準的保護電路。
電流輸出(IOUT)可以在4 mA至20 mA或0 mA至20 mA範圍內選擇設定。電壓輸出通過單獨的VOUT引腳提供，該引腳的電壓範圍可配置為0 V至5 V、0 V至10 V、±5 V或±10 V。所有電壓範圍的超量程均為10%。兩個模擬輸出都具有短路和開路保護功能，可以驅動1 μF的容性負載和50 mH的感性負載。
AD5422需要10.8 V至40 V的模擬電源(AVDD)。對於數字電源電壓(DVCC)，則需要2.7 V至5.5 V。或者，DVCC也可作為系統中其他組件的電源引腳或上拉電阻的終端。為此，DVCC_SELECT引腳應浮空，並向DVCC引腳施加內部4.5 V LDO穩壓器電壓。最大可用電源電流為5 mA。在所示電路中，DVCC用於向ADuM1401的電氣隔離端供電。
使用ADR4550 外部基準電壓源可從16位DAC獲取高精度輪換結果。這是一款高精度、低功耗、低噪聲基準電壓源，最大初始精度為0.02%，具有出色的溫度穩定性和低輸出噪聲。
本文所示的電路特別適用於PLC或DCS模塊的輸出模塊，這些模塊同時提供電流和電壓輸出，並且必須符合IEC 61000等EMC標準。
AD5422
- 12/16位解析度和單調性
- 電流輸出範圍：4mA至20mA；0mA至20mA；
總非調整誤差(TUE)：±0.01%（典型值，FSR）
輸出漂移：±3 ppm/°C - 電壓輸出範圍：0V至5V；0V至10V；±5V；±10V
超量程：10%
總非調整誤差(TUE)：±0.01%（典型值，FSR）
輸出漂移：±2ppm/°C - 靈活的串行數字接口
- 片內輸出故障檢測
- 片內基準電壓源：10ppm/°C（最大值）
- 可選的穩壓DVCC輸出
- 異步清零功能
- 電源範圍
AVDD：10.8V至40V
AVSS：−26.4V至−3V/0V - 輸出環路順從電壓：AVDD–2.5V
- 溫度範圍：−40°C至+85℃
- TSSOP和LFCSP封裝