电路功用与优势
图1所示电路供给一个双通道、通道间阻隔的热电偶或RTD输入，适用于可编程逻辑操控器(PLC)和分布式操控体系(DCS)。 该高集成度规划选用低功耗、24位、Σ-Δ型模数转换器(ADC)，带有丰厚的模仿和数字特性，无需额定的信号调度IC。
图1. PLC/DCS通道间阻隔温度输入（原理示意图：未显现去耦和一切衔接）
电路描绘
24位Σ-Δ型ADC集成可编程增益阵列(PGA)和基准电压源，为灵敏地衔接热电偶或RTD传感器供给完好的特性组合。
其特性包含片内基准电压源、可编程增益阵列、鼓励电流、偏置电压发生器以及供给增强50 Hz和60 Hz按捺选项的灵敏滤波。 AD7124-4选用5 mm × 5 mm小型LFCSP封装，因而十分合适空间为重要考虑要素的通道间阻隔规划。 它还包含多个可供用户运用的确诊功用。
ADuM5010阻隔式DC/DC转换器经过集成的isoPower®技能供给3.3 V阻隔电源。ADuM1441用于阻隔AD7124-4的串行外设接口(SPI)。AD7124-4微功耗阻隔器空闲时每通道的功耗仅4.8 μA，能效十分高。ADP2441是36 V降压DC-DC稳压器，选用工业规范24 V电源，具有宽输入电压容差。ADP2441用于将输入电压降至3.3 V，然后为一切操控器侧电路供电。
体系概述
通道间阻隔在自动化体系中极具优势，因为特定输入通道的毛病不会影响体系中的其它通道。 但是，通道间阻隔输入模块给规划提出了严重应战，具体表现在复杂度、空间约束和体系本钱这些方面。
热电偶或RTD输入是工业自动化体系的常用输入，因而，规划一个能够处理两者的温度输入模块很有用。 这种灵敏性最大程度地削减了两种输入模块的规划作业，而且为模块用户供给了灵敏性。
AD7124-4明显下降了规划复杂度，供给一个片上体系，能够履行热电偶和RTD传感器所需的悉数丈量功用。
图1所示电路的每个通道巨细仅有27 mm x 50 mm，若在印刷电路板(PCB)双面贴放器材，则上述面积可进一步缩小。 之所以能完成如此小的尺度，是因为AD7124-4选用5 mm × 5 mm小型LFCSP封装，而且集成了简直一切必需的功用，除了阻隔以及附加前端滤波和维护之外。 用于数据和电源阻隔的阻隔电路仅占用87 mm2，最小兼并宽度为12.5 mm。
端子衔接
图2显现了两个输入通道各自的端子衔接。 这些引脚对应于硬件中的P1和P2（见图1）。 热电偶以及2/3/4线RTD衔接如图所示。
图2. 前端滤波和电路（简化图）
输入滤波
如图3所示，输入共模噪声滤波由R1、C1和R2、C2完成，截止频率约为50 kHz。 差分噪声滤波由R1、R2和C3完成，截止频率约为2.5 kHz。 有必要以Σ-Δ调制器频率（全功率形式下为307 kHz）滤除任何搅扰，这点特别重要。 主张调整这些滤波器的截止频率以满意体系带宽要求，共模滤波器的截止频率约为差分滤波器截止频率的10倍。
图3. 前端滤波和电路（简化图）
输入维护
为维护输入不受过压状况影响，AD7124-4的每个输入途径上都放置了3 kΩ电阻。 此电阻值将30 V DC过压发生的电流约束在10 mA以下。
考虑30 V电压衔接在AIN+和AIN−之间的状况。 从AIN+朝里看，30 V电压看到R1 (3 kΩ)，之后是内部ESD维护二极管，再后边是从AIN3朝外看到的3 kΩ电阻与从AIN4朝外看到的3 kΩ电阻并联。 疏忽内部ESD维护二极管，AIN+与AIN−之间的总电阻为3 kΩ + 3 kΩ||3 kΩ = 4.5 kΩ。 因而，流经AD7124-4的电流限值为30 V ÷ 4.5 kΩ = 6.7 mA。
RTD输入
图1所示电路可衔接到2线、3线或4线RTD。 最大可丈量3.92 kΩ电阻，因而它适用于Pt100和Pt1000 RTD。 运用电流鼓励，电阻丈量为RTD与3.92 kΩ精细基准电阻(RREF)之间的比率式丈量成果。 如图3所示，RTD丈量在AIN1和AIN3之间进行，REFIN1+和REFIN1−用作丈量的基准输入。 鼓励电流设置如下：
2线形式： 仅AIN0上的鼓励有用，设置为250 μA。
3线形式： AIN0和AIN4上的鼓励电流均有用，各设置为100 μA。
4线形式： 仅AIN0上的鼓励有用，设置为250 μA。
运用高端电流检测技能。 关于较低的RTD引线电阻值，此技能可下降3线形式下电流失配的影响。 有关3线RTD装备的更多信息，拜见电路笔记CN-0383。
基准电阻(RREF)挑选为3.92 kΩ，最高支撑850°C的Pt1000 RTD丈量（850°C时RTD电阻为3.9048 kΩ）。 RREF的值有必要依据RTD的最大预期电阻来挑选。 RREF电阻的精度直接影响丈量精度，因而，有必要运用精细、低漂移电阻。
4线形式下，鼓励电流有必要设置为250 µA，3线形式下设置为100 µA。 关于4线形式，假定RTD值为3.92 kΩ。 来自AIN0的鼓励电流流经RREF + RRTD + RRETURN = 3.92 kΩ + 3.92 kΩ + 3 kΩ = 10.84 kΩ。 因而，AIN0处的电压等于250 µA × 10.84 kΩ = 2.71 V。AD7124-4指定鼓励电流输出端的输出依从电压为AVDD − 0.35 V，即3.3 V – 0.35 V = 2.95 V。 因为2.95 V > 2.71 V，所以即便关于最大RTD电阻，250 µA鼓励电流也能正常作业。
有关4线RTD装备的更多信息，拜见电路笔记CN-0381。
在3线形式下，来自AIN4的引脚补偿鼓励电流也会流经3 kΩ回来电阻，在AIN0处发生一个附加电压：250 μA × 3 kΩ = 0.75 V。因而，AIN0处的总电压等于2.71 V + 0.75 V = 3.46 V，这违反了裕量要求。 所以，在3线形式下，各鼓励电流有必要降至100 μA以供给满足的裕量。
PGA增益可用来进步丈量分辨率。 关于Pt100 RTD，主张运用8倍增益（因为Pt100值比Pt1000值小10倍）。
为完成所需精度，RTD自身有必要由主机操控器经过软件进行线性化，拜见电路笔记CN-0383。
热电偶丈量
如图3所示，热电偶衔接在AIN+和AIN−端子之间。 AIN4引脚为热电偶供给3.3 V ÷ 2 = 1.65 V的偏置电压。 热电偶电压在AIN1和AIN3之间丈量，因为热电偶信号十分小，一般引荐运用32倍或64倍的PGA增益。
冷结补偿运用10 kΩ NTC热敏电阻。 基准电压鼓励VREF从REFOUT取得，而且串联一个精细低漂移5.62 kΩ电阻接地。 NTC电阻值能够经过下式核算：
其间：
VNTC为AIN1和AIN3之间测得的电压。
VREF为AD7124-4 REFOUT供给的基准电压。
端子板与NTC温度传感器之间的温度差会直接影响热电偶输入的温度读数。 因而，NTC热敏电阻有必要尽可能接近端子板放置，使热耦合最大。
为完成所需精度，热电偶和NTC有必要由主机操控器经过软件进行线性化，拜见电路笔记CN-0384。
确诊
供给多种体系级确诊功用，包含：
基准电压检测
输入过压/欠压检测
SPI通讯的CRC
存储器映射的CRC
SPI读/写查看
这些确诊功用对输入通道中可能发生的毛病完成了高水平掩盖。
阻隔
ADuM1441选用5 mm × 6.2 mm、16引脚小型QSOP封装(30 mm2)。数据通道运用四通道微功耗阻隔器ADuM1441阻隔，能效很高。
ADuM5010是一款完好的阻隔开发转换器，运用isoPower技能为电路供给电源阻隔。 The ADuM5010 is in a small 7.4 mm × 7.5 mm, 20-lead SSOP package (56.25 mm2).ADuM5010选用7.4 mm × 7.5 mm、20引脚小型SSOP封装(56.25 mm2)。
图4所示为ADuM5010电路概况。 电源副边运用铁氧体磁珠来按捺潜在的电磁搅扰(EMI)辐射。 铁氧体磁珠(Murata BLM18HK102SN1)专门针对100 MHz至1 GHz的高阻抗而挑选。 还运用了10 μF和0.1 μF去耦电容。 铁氧体磁珠和电容均经过短走线衔接到ADuM5010引脚，以使寄生电感和电阻最小。
图4. 带铁氧体磁珠和去耦电容的isoPower电路
拼接电容已保持最小面积，因为铁氧体磁珠已大幅下降辐射。ADuM5010电源、GND引脚和铁氧体磁珠之间的PCB区域应消除任何接地层或走线，以尽量削减高频噪声容性耦合到接地层。有关操控isoPower器材辐射的更多信息，拜见AN-0971运用笔记。
依据ADuM5010数据手册挑选R1和R2反应电阻以选用3.3 V输出。
每通道功耗
ADuM5010由操控器侧电源供电，典型功耗为3.3 mA。ADuM5010满载时的功率仅为27%，因而，尽量削减现场侧的电流耗费会对通道的能效发生严重影响。
AD7124-4功耗约为994 μA（全功率形式、增益 = 32、TC偏置、确诊和内部基准电压源使能）。运用中功率或低功耗形式能够明显下降AD7124-4的功耗。
关于ADuM1441，空闲时现场侧总功耗约为7.2 μA，以2 Mbps作业时为552 μA。 假如接口在1/8的时间里有用，则ADuM1441的总功耗为(552 μA × 0.125) + (7.2 μA ×0.875) = 75.3 μA。
当以全功率形式作业、增益为32、内部基准电压源和TC偏置使能时，一个输入通道的实测功耗为7.9 mA（来自操控器侧3.3 V电源）。
电源电路
评价板由4.5 V至36 V直流电源供电，运用板上开关稳压器向体系供给3.3 V电源，如图5所示。EVAL- SDP-CB1Z体系演示渠道(SDP)板为数字接口供给经调理的3.3 V电压。
ADP2441包含可编程软启动、调理输出电压、开关频率和电源杰出指示等特性。这些特性经过外部小型电阻和%&&&&&%编程。
ADP2441还包含多种维护特性，如带迟滞的欠压闭锁(UVLO)、输出短路维护和热关断等。
300 kHz开关频率可使ADP2441的功率最高。 因为ADP2441的开关频率十分高，主张运用低磁芯损耗、低EMI的屏蔽铁氧体磁芯电感。
在图5所示电路中，开关频率经过294 kΩ外部电阻设置为约300 kHz。 22 μH电感值(Coilcraft LPS6235-223MLC)是运用可下载的ADP2441降压调理器规划东西挑选的。 此东西可依据所需的作业条件（4.5 V至36 V输入、3.3 V输出、1 A输出电流）挑选最佳的元件值。 挑选1 A电流是为了给主机操控器侧的其它电路供电（若需求）。
图5. 电源电路（原理示意图，未显现一切衔接）
测验成果
关于热电偶、3线和4线RTD电路的具体功用剖析，拜见电路笔记CN-0381、电路笔记CN-0383和电路笔记CN-0384，其间给出了深入剖析和丈量成果。
图6给出了EVAL-CN0376-SDPZ的直方图，选用25 SPS后置滤波器，AIN+短接AIN−，增益为32，TC偏置使能。 数据对应于17.85位无噪声分辨率。
图6. AIN+和AIN-输入短接时的代码直方图（挑选25 SPS后置滤波器、增益 = 32、TC偏置使能）
常见改变
假如需求更多通道，能够运用AD7124-8。AD7124-8有8个差分输入或16个单端输入。AD7792也可作为低本钱选项加以考虑，不过其特性较少，功用较低。
ADuM3151等SPIsolatorTM可作为数据阻隔选项，其最高支撑17 MHz SPI传输，而且内置三个通用低速阻隔通道。
图1所示电路运用NTC热敏电阻进行冷结补偿。 另一个选项是运用ADT7320数字温度传感器，其精度为0.25°C。 （拜见电路笔记CN-0172）。
电路评价与测验
图1所示电路选用EVAL-CN0376-SDPZ评价板和EVAL-SDP-CB1Z SDP操控板。
EVAL-CN0376-SDPZ评价板具有PMOD兼容接头，支撑与外部操控板集成。
CN-0376评价软件与SDP板通讯，以便装备EVAL-CN0376-SDPZ评价板并从其间捕捉数据。
设备要求
需求以下设备：
带USB端口的Windows® Vista（32位）或Windows 7（32位）PC
EVAL-CN0376-SDPZ电路评价板
EVAL-SDP-CB1Z SDP操控板
CN-0376评价软件
精细电压和电阻源，或热电偶、RTD仿真器
电源： 4.5 V至36 V dc（100 mA）
开始运用
从ftp://ftp.analog.com/pub/cftl/CN0376/下载CN-0376评价软件，然后装置。 依照屏幕提示装置并运用该软件。 更多信息拜见CN-0376软件用户攻略。
测验设置功用框图
图7所示为测验设置的功用框图。
图7. 测验设置功用框图
设置
EVAL-CN0376-SDPZ评价板经过120引脚对接衔接器衔接EVAL-SDP-CB1Z SDP板，两个板上均有这种衔接器。
CN-0376评价软件和SDP板支撑用PC剖析数据。
对P3衔接器施加一个4.5 V到36 V（标称值24 V）范围内的电压。 有必要将P8跳线设为EXT（默许），以便经过P3电源为电路板供电。
外部操控器也可用来与评价板通讯（经过PMOD接头进行SPI通讯），以及为评价板供电。 若需求，可将P8跳线设为VCC_PMOD，以便经过PMOD衔接器为评价板供给3.3 V电源。
精细电压和电阻源可用作模仿前端的输入，然后评价体系功用。 也可运用热电偶或RTD仿真器。
图8显现了EVAL-CN0376-SDPZ电路评价板的什物相片。
