Bild 1: Vereinfachtes Blockdiagramm

Universelles analoges Eingangsboard für SPS/DCS

In diesem Schaltungstipp stellen wir ein universelles analoges Eingangsboard mit vier- oder sechspoligen Anschlussblöcken vor, das für den Anschluss an SPSen und DCS-Module geeignet ist. Die Evaluierungssoftware wurde mit LabView entwickelt und arbeitet unter Windows XP, Vista und XP.

Die Schaltung in Bild 1 verfügt über zwei isolierte, universell verwendbare 16-Bit-Analogeingänge, die geeignet für den Anschluss an speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und DCS-Module (Distributed Control System) sind. Beide Kanäle lassen sich per Software programmieren und unterstützen mehrere Spannungs- (0 bis 5 V; 0 bis 10 V; ±5 V; ±10 V) und Strombereiche (0 bis 20 mA; 4 bis 20 mA; ±20 mA) sowie verschiedene Thermoelemente (Typ K, J, T, S) und Widerstandsthermometer (RTD; PT100, PT1000).

Das Demonstrationsboard enthält zwei differenzielle, komplett isolierte und universell einsetzbare Eingangskanäle. Einer davon ist mit einem vierpoligen Anschlussblock (CH2), der andere mit einem sechspoligen Anschlussblock (CH1) ausgestattet. Beim vierpoligen Anschlussblock (CH2) teilen sich Spannungs-, Strom-, Thermoelement- und Widerstandsthermometer-Eingänge die gleichen vier Anschlüsse. Dadurch lässt sich die Anzahl der erforderlichen Anschlusspins minimieren. Beim sechspoligen Anschlussblock (CH1) nutzen die Spannungs- und Stromeingänge einen Satz mit drei Anschlüssen. Thermoelement- und RTD-Eingänge teilen sich ein weiteres Set mit drei Anschlüssen. Damit sind zwar mehr Anschlüsse erforderlich, doch reduzieren sich die Anzahl der Bauteile sowie die Bauteilkosten.

A/D-Wandler mit integriertem Instrumentenverstärker  

Der rauscharme 16 Bit A/D-Wandler AD7795 mit auf dem Chip integriertem Instrumentenverstärker und Referenz wird für die Datenwandlung verwendet. Durch die Ausstattung mit Instrumentenverstärker und Stromquellen repräsentiert der Sigma/Delta-Wandler eine Komplettlösung für Widerstandsthermometer- und Thermoelementmessungen.

Für die Spannungs- und Stromeingänge wird der Instrumentenverstärker AD8226 mit einer Gleichtaktunterdrückung >90 dB verwendet, um eine hohe Eingangsimpedanz zu erzielen und Gleichtaktinterferenzen zu unterdrücken. Die Spannungs- und Stromsignale werden mit einem Präzisionswiderstandsteiler auf den Bereich des A/D-Wandlers skaliert.

Der ADR441 ist eine extrem rauscharme Low-Dropout XFET-Spannungsreferenz mit 2,5 V und dient als Referenz für den A/D-Wandler. Für den vierpoligen Anschlussblock (CH2) wird der Latchup-feste Schalter ADG442 mit geringem Durchlasswiderstand (R ON ) verwendet, um zwischen Spannungs-, Strom-, Thermoelement- und RTD-Eingangsmodus umzuschalten.

Digital- und Versorgungsspannungs-Isolation  

Die Digital- und Versorgungsspannungs-Isolation wird mit dem ADuM3471 erreicht. Der ADuM3471 ist ein PWM-Controller und Transformatortreiber mit vierkanaligem Isolator, der zur Erzeugung einer isolierten Versorgungsspannung von ±15 V- mit einem externen Transformator dient. Auch der dreikanalige Digitalisolator ADuM1311 kommt bei der Schaltung mit vierpoligem Anschlussblock zum Einsatz. Er isoliert die Steuerleitungen für die Schalter ADG442.

Der 36 V Abwärts-DC/DC-Regler ADP2441 besitzt eine große Eingangsspannungstoleranz. Er eignet sich damit für in der Industrie übliche Versorgungsspannungen von 24 V. Das Bauteil akzeptiert bis zu 36 V und ermöglicht so einen zuverlässigen Transientenschutz am Versorgungseingang. Der ADP2441 erzeugt aus der Eingangsspannung jene 5 V, die den ADuM3471 sowie alle anderen Schaltungen auf der Controller-Seite versorgen. Die 24-V-Versorgung ist durch diskreten standardmäßigen Überspannungsschutz zusätzlich gesichert.

Zusatzfunktionen für Sicherheit und Zuverlässigkeit  

Der ADP2441 bietet eine Reihe von Zusatzfunktionen für Sicherheit und Zuverlässigkeit. Dazu gehören UVLO (Undervoltage Lockout), Precision Enable, Power-Good-Anschluss und interne Strombegrenzung. Der Baustein erreicht in der Konfiguration für 24 V am Eingang und 5 V am Ausgang einen Wirkungsgrad bis zu 90%.

Den ausführlichen Tipp finden Sie im Internet.

Der Autor: Songtao Mu arbeitet als Segment System Application Engineer bei Analog Devices in Wilmington, USA.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.