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(多图) 采用微功耗仪表放大器的可配置4-20 mA环路供电发射器/接收器

ADI?? 2014年09月15日 ?? 收藏1

总发射器电路精度

对电阻容差导致的总误差的合理近似推算是假设每个关键电阻对总误差贡献都相等。四个关键电阻为R1或R3、R2或R4、R5和R9。0.1%电阻导致的最差情况下的容差可造成0.4%总电阻误差最大值。若假定rss误差,则总rss误差为0.1√4 = 0.2%。

因系统中有源元件导致的最大误差和rss误差(AD8420使用A级,ADR02使用B级)如下表所示。

表1. 有源元件导致的误差

将有源元件失调导致的最差情况误差加上最差情况电阻容差误差0.4%,结果得到:

满量程误差 = 0.4% + 0.045% = 0.445%

这些误差假定选用理想电阻,同时假定,这些误差来源于其容差。

电路的实际误差数据见图3和图4,其中,环路电源电压=25V。总输出误差(%FSR)通过将实测输出电流与理想输出电流的差除以FSR (16 mA),然后将计算结果乘以100即可算出。

图2. 总发射器误差(% FSR)与输入电压(范围:0 V至5 V)的关系
图2. 总发射器误差(% FSR)与输入电压(范围:0 V至5 V)的关系

图3. 总发射器误差(% FSR)与输入电压(范围:0 V至10 V)的关系
图3. 总发射器误差(% FSR)与输入电压(范围:0 V至10 V)的关系

接收器配置

图4所示为简化的接收器配置。接收器电路将电流信号转换成电压电平,该电平与采用2.5 V或5 V基准电压源的多数单端输入ADC相兼容。

图4. 4 mA至20 mA接收器配置的简化原理图。
图4. 4 mA至20 mA接收器配置的简化原理图。

电阻R6用于检测4 mA至20 mA信号,并将其转换成0.2 V至1 V的输入电压以提供给放大器。然后,输入电压反射过放大器的FB和REF引脚。不同于输出电压范围为1 V至5 V的多数直接增益接收器,电路采用ADR02和增益及调整电阻来提高0.2 V至4.8 V的输出范围。这使采用5V基准电压源的ADC的输入动态范围实现了最大化。结果带来的额外裕量为整个输入信号范围提供了线性度保障。接收器电路也可以用跳线P4进行配置,以便为采用2.5V基准电压源的ADC提供0.2 V至2.3 V的输出电压。

不同于许多其他单电源仪表放大器,对于这种应用,AD8420的关键优势在于,它可以检测近地电流,而不会超过输入范围,也不会遇到共模限制。另外,AD8420还具有增益和电平转换能力,不会像简单的电阻分压器一样浪费ADC输入范围。

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