作者：Saul Song 公司：駿龍科技

從19世紀以電力驅動的制造設備出現后，到現在的工業4.0工業自動化設備中，一直需要對現場儀表輸出的電壓電流進行采集。現場儀表輸出的模擬信號有4-20mA、0-20mA、±10V、±5V、0-10V、0-5V等。自動化設備中的PLC、運動控制器、IO擴展模塊模擬量的采集精度一般要求在0.1%，通道數據更新率為1kSPS。

在傳統的模擬量采集電路設計需要用±15V給模擬前端供電、精密的采樣電阻、雙電源供電模擬開關、精密的運放及ADC。這些都造成模擬量采集設計的復雜度上升，并增加了BOM的成本。本文將介紹基于ADI AD411X方案，如何降低模擬量采集設計的復雜性，縮短開發周期。

一、傳統的模擬量采集解決方案

傳統的模擬量采集用模擬 開關+ 運放+ADC的方案 。

功能框圖如下圖：

該方案的特點如下：

-整個方案的電壓，電流精度最好可達0.1%（需要出廠校準）；

-需要提供±15V電源；

-需要精密電阻；

-模擬開關的邏輯控制腳需要隔離；

-需要ADC、ADC基準源、雙電源供電模擬開關、精密運放。

二、ADI的模擬量采集解決方案

為降低模擬量采集的設計復雜度，ADI新出AD411X系列模擬量采集方案，AD411X是一款低功耗、低噪聲、24位Σ-Δ型ADC，集成了模擬前端(AFE)，支持全差分或單端、高阻抗(≥1MΩ)雙極性±10 V電壓輸入和0 mA至20 mA電流輸入。

方案框圖如下：

與傳統方案對比：

1.AD411X有更高集成度，內含ADC、模擬開關、運放、精密電阻、基準源、內部時鐘、開路檢測功能。可減輕采購物料的難度。

2.AD411X有更高的精度，電壓采樣精度可達 0.06%(在25度時)，電流采樣精度可達 0.08% (在25度時)。

3.AD411X出廠時已校準，并且芯片內部可自校準，可提高產線生產效率。

4.AD411X只需要5V供電，可簡化電源方案并節省成本。

AD4111性能特點：

1.集成模擬前端的 24 位 ADC。

2.±10 V 輸入，4 個差分或 8 個單端，輸入阻抗大于1 MΩ 阻抗，25°C 時精度為 ±0.06%，帶有開路檢測功能。

3.0 mA 至 20 mA 輸入，4 個單端，25°C 時精度為 ±0.08%。

4.片內 2.5 V 基準電壓源，25°C 時精度為 ±0.12%，漂移為 ±5 ppm/°C（典型值）。

5.內部或外部時鐘。

6.電源，AVDD = 3.0 V 至 5.5 V，IOVDD = 2 V 至 5.5 V，總 IDD = 3.9 mA。

7.3 線或 4 線SPI接口。

8.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。[1]

AD4111/AD4112/AD4114/AD4115各個器件的差別：

AD4111評估板：

為了讓客戶更方便的評估AD411X的器件性能，縮短產品的研發時間，ADI提供了評估板。該評估板的輸入電壓范圍為 ±10 V（4 個差分通道或 8 個單端通道），具有斷線檢測功能，4 個電流通道的工作電流范圍為 0 mA 至 20 mA。所有通道都具有板載過壓和過流保護。[1] 評估板可通過的SPI接口連接客戶的MCU或ARM平臺測試。

如下圖：

三、總結

ADI的AD411X是一款集成度高的24位Σ-Δ型ADC，可采集輸入 ±10 V的電壓和輸入0 mA至20 mA。芯片可由5V供電，有開路檢測功能。與傳統的模擬開關+運放+ADC的方案相比，AD411X可以降低設計復雜度，節省開發時間，有更高采集的精度，免出廠校準。

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