為(wei) 了節省成本，另一種方法是使用單個(ge) 5V 電源設計架構。單個(ge) 5V電源軌顯著降低了模擬前端隔離電源設計的複雜性。但它會(hui) 引入其他痛點，可能降低測量解決(jue) 方案的精度。AD4111 進行了電壓和電流測量所需的大量整合工作，並解決(jue) 了5V 電源解決(jue) 方案的局限性。

圖1. AD4111功能框圖。

集成前端

AD4111是一款24位∑-Δ型ADC，通過實現創新而簡單的信號鏈，縮短了開發時間，降低了設計成本。它利用ADI的專(zhuan) 有iPassives™技術，將模擬前端和ADC融合在一起。這使得 AD4111 能夠接受 ±10 V 電壓輸入和 0 mA 至 20 mA 電流輸入，同時無需外部組件即可在單個(ge) 5V 或 3.3V 電源下工作。電壓輸入指定為(wei) ±20V 的超量程，在此範圍內(nei) ，該器件仍可在電壓引腳上提供有效轉換和 ±50V 的絕對最大規格。電流輸入指定為(wei) -0.5 mA 至 24 mA 的範圍，可實現接近0 mA的準確電流測量，提供精確的24 mA轉換。

AD4111

●根據以下標準進行魯棒性測試：IEC6100-4-2、IEC6100-4-3、

●IEC6100-4-4、IEC6100-4-5、IEC6100-4-6、CISPR 11

●集成模擬前端的 24 位 ADC

   ●快速靈活的輸出速率：1.25 SPS 至 31.25 kSPS

   ●每通道通道掃描速率：6.21 kSPS（161 μs 建立時間）

   ●1 kSPS 時每個(ge) 通道 16 個(ge) 無噪聲位

   ●20 SPS 時每個(ge) 通道的 50 Hz 和 60 Hz 抑製為(wei) 85 dB

●±10 V 輸入，4 個(ge) 差分或 8 個(ge) 單端

   ●引腳絕對最大額定值：±50 V

   ●高達 ±20 V 的超量程

   ●≥1 MΩ 阻抗

   ●25°C 時精度為(wei) ±0.06%

   ●開路檢測

   ●0 mA 至 20 mA 輸入，4 個(ge) 單端

   ●引腳絕對最大額定值：±50 mA

   ●高達 −0.5 mA 至 +24 mA 的超量程

   ●60 Ω 阻抗

   ●25°C 時精度為(wei) ±0.08%

●片內(nei) 2.5 V 基準電壓源

   ●25°C 時精度為(wei) ±0.12%，漂移為(wei) ±5 ppm/°C（典型值）

●內(nei) 部或外部時鍾

●電源

    ●AVDD = 3.0 V 至 5.5 V

    ●IOVDD = 2 V 至 5.5 V

    ●總 IDD = 3.9 mA

●溫度範圍：−40°C 至 +105°C

●3 線或 4 線串行數字接口（SCLK 上的施密特觸發器）

    ●SPI、QSPI、MICROWIRE 和 DSP 兼容

AD4111的電壓輸入保證最小阻抗為(wei) 1MΩ。這樣可以去除±15 V外 部緩衝(chong) 器，進一步節省電路板空間和BOM成本。5 V 設計要求每個(ge) 電壓輸入必須有一個(ge) 高阻抗分壓器，這會(hui) 占用電路板空間。離散解決(jue) 方案的設計需要權衡精密電阻的成本與(yu) 精度。為(wei) 了解決(jue) 這個(ge) 問題，AD4111在每個(ge) 輸入端采用了一個(ge) 高阻抗精密分壓器，如圖3所示。

開路檢測

通常，單個(ge) 5 V 設計的限製是缺少開路檢測，一般是對15 V 電源軌使用高阻抗電阻，將開路連接拉至超出範圍的電壓。AD4111 采用5 V 或3.3V 電源提供獨特開路檢測功能，克服了這一問題。此方法將開路檢測與(yu) 超出範圍的故障分開，進一步簡化了診斷。通過在AD4111內(nei) 部包含此功能，前端無需上拉電阻，因此也無需15 V電源，如圖2所示。消除±15 V 電源減少了隔離電路的複雜性、麵積和輻射。對於(yu) 不需要開路檢測的應用，可以使用另一種通用的AD4112。該器件具有AD4111的所有優(you) 點，但沒有開路檢測。

圖2. 典型高端解決(jue) 方案。

係統級解決(jue) 方案

AD4111 集成了基準電壓和內(nei) 部時鍾，有助於(yu) 進一步減小電路板尺寸並降低BOM成本，同時允許使用外部組件，應付需要更高精度和更低溫度誤差轉換的情況。圖2和圖3分別顯示了典型的高端和低端解決(jue) 方案。圖2和圖3中突出顯示了可完全被AD4111 取代的信號鏈的比例。AD4111的總不可調整誤差(TUE)精度規範旨在達到係統級要求。對於(yu) 許多解決(jue) 方案，精度可能足以省略任何額外校準。在現有的高精度解決(jue) 方案中，通常按通道對模塊進行校準。AD4111 采用高匹配輸入設計，因此校準一個(ge) 輸入便可所有輸入上提供類似的精度。

圖3. 典型低端解決(jue) 方案。

EMC測試

PLC 和 DCS 模塊通常在惡劣的工業(ye) 環境中運行，並且必須承受電磁幹擾(EMI)的情況。在設計具有電磁兼容性(EMC)功能的輸入模塊時，這會(hui) 增加複雜性，因為(wei) 大多數設備的額定值不適用於(yu) EMC，因此設計輸入保護和濾波電路就變得複雜起來。這可能顯著增加設計和測試開發時間。EMC 實驗室租金昂貴，測試失敗可能意味著長時間延遲，直到電路板可以重新設計和重新測試。

AD4111 已經被設計成了一個(ge) 印刷電路板(PCB)，演示了一個(ge) 經過驗證的EMC解決(jue) 方案。該電路板的特點是確保電路性能不會(hui) 受到輻射射頻(RF)或傳(chuan) 導RF幹擾的永久影響，並且已被證明具有足夠的抗靜電放電(ESD)、電快速瞬變(EFT)和浪湧的能力，符合IEC 61000-4-x 標準集。該電路板還針對 CISPR 11 進行了評估，其輻射發射水平遠低於(yu) A類限值。

結論

AD4111是一款高度集成的係統級ADC，具有全麵的可配置性。它能夠接受±10 V電壓輸入和0 mA 至20 mA 電流輸入，采用5 V 或3.3V 單電源供電，具有開路檢測功能和許多其他功能，為(wei) 模擬輸入模塊設計提供獨特的解決(jue) 方案。它采用6 mm × 6 mm、40 引腳 LFCS P封裝，之前需要完整複雜PCB的模塊現在可由單個(ge) 器件替代。