模拟 I/O 系统参考设计

ADI 的应用重点演示由 Modbus 主站控制的 PLC/DCS 系统的开发，并通过实例说明如何使用关键组件的最新功能。单节点系统通常称为 PLC，而大型系统通常称为 DCS。每个节点最多可以控制 16 个模拟现场设备，传感器或执行器（兼容高速通道可寻址远程传感器 (HART) 或仅模拟），并且系统可以扩展为包括多达 16 个单独的节点。该系统还可用于通用精密模拟数据采集应用，例如仪表、模拟数据记录或测试和测量。

模拟量输入板
CN-0414 设计为测量四个全差分或八个单端电压和四个电流信号。电路的核心是 AD4111 低功耗、低噪声 24 位 Σ-Δ 模数转换器 (ADC)，具有集成的 ±10 V 和 20 mA 模拟前端。电压输入支持高达 ±10 V 的输入范围。AD4111 具有独特的功能，可在 ±10 V 电压输入上进行断线检测，同时采用 5 V 或 3.3 V 单电源供电；以前的解决方案通常需要大于 ±10 V 的电源。

电流输入支持 0 mA 至 24 mA 的输入范围。电路的输入阻抗为 250Ω（AD4111 内部为 60Ω），所有输入均以隔离接地为基准。为了使符合 HART 要求的 AD5700-1 调制解调器与 AD4111 配合使用，必须在电流输入上提供 250 Ω 的输入阻抗。

电路的模拟前端 AD4111 和 AD5700-1 通过 ADuM5411 和 ADuM3151 与处理侧隔离，与基于分立变压器的解决方案相比，可节省大量空间。CN-0414 板由工业自动化系统的典型 9.5 V_DC 至 36 V_DC 供电，因此客户可以轻松地将其适配到他们的系统中。

模拟量输出板
CN-0418 是基于 AD5755-1 数模转换器 (DAC) 的四通道电压和电流输出板，具有动态功率控制。该电路提供 4 mA 至 20 mA 的电流输出，以及单极性或双极性电压输出 (±10 V)。该开发板还包括 AD5700-1 HART 调制解调器，以提供具有 HART 连接性的完整模拟输出解决方案。还包括外部瞬态保护电路，这对于位于恶劣工业环境中的应用非常重要。

电流和电压输出可在单独的引脚上使用，但一次仅一个有效，因此允许两个输出引脚连接在一起并连接至单个端子。模拟输出具有短路保护和开路保护。AD5755-1 内置集成动态电源控制，使用 DC-DC 升压转换器电路，从而可在电流输出模式下降低功耗。它具有四个 CHART 引脚，分别对应于四个输出通道。可以将 HART 信号耦合到这些引脚，并在相应的输出上显示该信号（如果启用了该输出）。

RS-485 收发器板
CN-0416 是一个隔离的和非隔离的 RS-485 收发器板，可轻松实现多个系统或节点之间的数据传输，尤其是在长距离上。该电路使用 ADM2682E RS-485 收发器进行隔离通信，使用 LTC2865 进行非隔离式 RS-485 通信。两者均可配置为全双工或半双工操作，并具有开放或端接的传输线。该电路具有板载 RJ-45 插孔，这些插孔允许使用公共 CAT5 以太网电缆进行节点的快速物理布线。默认情况下，终端电阻设置为 CAT5 电缆特性阻抗 100 Ω，但可以配置为支持标准 RS-485 电缆阻抗 120 Ω。

ADM2682E 的数据速率最高可达 16 Mbps，并具有真正的故障安全接收器输入，并具有可调的差分电压阈值。它使用 iCoupler 数据通道提供 5 kV 信号隔离，并使用 isoPower 集成式 DC-DC 转换器提供 5 kV 电源隔离。LTC2865 的数据速率高达 20 Mbps，并具有完整的故障安全接收器输入。内部窗口比较器无需调整差分输入电压阈值即可确定故障安全条件。