Schaltungstipp Isolierter analoger Ausgangskanal mit HART-Anschluss

Autor / Redakteur: Derrick Hartmann * / Kristin Rinortner

In diesem Schaltungstipp stellen wir Ihnen einen komplett isolierten, einkanaligen Spannungs- und 4/20-mA-Stromausgang mit HART-Konnektivität vor.

Firmen zum Thema

Tabelle 1: Ausgangsanschlüsse
Tabelle 1: Ausgangsanschlüsse
(Analog Devices)

Bei der Schaltung in Bild 1 handelt es sich um einen vollständigen, komplett isolierten analogen Ausgangskanal, der sich für speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und verteilte Steuerungssystemmodule (DSC), die Standard 4/20mA HART1-kompatible Stromausgänge und unipolare oder bipolare Ausgangsspannungsbereiche benötigen, eignet. Die Schaltung ist ein flexibler Funktionsblock für SPS/DCS-Ausgangsmodule mit galvanischer Trennung zwischen den Kanälen oder für andere Industrieanwendungen, die einen komplett isolierten Analogausgang benötigen. Darüber hinaus enthält die Schaltung einen externen Schutz der analogen Ausgänge.

Der 16 Bit D/A-Wandler AD5422 ist softwarekonfigurierbar und stellt alle erforderlichen Strom- und Spannungsausgänge zur Verfügung. Das HART-konforme IC-Modem AD5700-1 wird in Verbindung mit dem AD5422 für eine komplette HART-konforme 4/20-mA-Lösung verwendet. Der AD5700-1 enthält einen internen Präzisionsoszillator, der für zusätzliche Platzersparnis sorgt – speziell in Anwendungen mit isolierten Kanälen.

SPS/DCS-Lösungen müssen vom lokalen Systemcontroller isoliert sein, um einen Schutz gegenüber Masseschleifen zu bilden und Robustheit bei externen Ereignissen sicherzustellen. Bei herkömmlichen Lösungen kommen diskrete ICs sowohl für Power wie auch für digitale Isolation zum Einsatz. Wenn eine mehrkanalige Isolation gebraucht wird, werden die Kosten und der Platzbedarf von diskreten Power-Lösungen zu einem großen Nachteil. Lösungen mit Optokopplern haben normalerweise eine vernünftige Ausgangsregelung, brauchen aber zusätzliche externe Bauteile und somit mehr Platz auf der Leiterplatte.

Power-Module sind oft sperrig und ermöglichen nur eine mäßige Ausgangsregelung. Die Schaltung in Bild 1 nutzt die Isolatoren und Spannungsegler der Familie ADuM347x in Verbindung mit der zugehörigen isolierten Rückkopplung. Externe Transformatoren dienen zur Übertragung von Leistung über die Isolationsstrecke. Der ADuM3482 liefert die UART-Signalisolation für den AD5700-1.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 9 Bildern

Der 36-V-Abwärts-DC/DC-Regler ADP2441 akzeptiert eine 24-V-Versorgung nach Industriestandard mit großer Toleranz auf der Eingangsspannung. Er regelt diese Spannung auf 5 V herunter, um alle Controller-seitigen Schaltungen zu versorgen. Die Schaltung enthält außerdem einen externen Schutz an den 24-V-Versorgungsanschlüssen sowie einen Schutz gegenüber DC-Überspannungen von 36 bis −28 V.

Der Analogausgang

Für Industriesteuerungsmodule sind folgende analogen Standard-Ausgangsspannungs- und Strombereiche üblich: ±5 V, ±10 V, 0/+5 V, 0/+10 V, +4/20 mA und 0/20 mA. Der AD5422 ist ein komplett integrierter Präzisions-DAC mit einer Auflösung von 16 Bit. Er bietet eine programmierbare Stromquelle sowie einen programmierbaren Spannungsausgang und wurde für die Anforderungen industrieller Prozesssteuerungen entwickelt.

Der AD5422 gewährt alle oben erwähnten Ausgangsbereiche, wobei die Strom- und Ausgangspannungsbereiche an separaten Anschlüssen zur Verfügung stehen. Ein Überlastungsschutz von 10% ist an allen Spannungsbereichen verfügbar. Am Stromausgang steht ein 0/20mA-Überlastschutz zur Verfügung. Die Analogausgänge sind gegenüber Kurzschlüssen und offenen Verbindungen geschützt.

Der AD5422 verfügt über eine interne Referenz mit einer Genauigkeit von 10 ppm/°C. Für eine höhere Leistungsfähigkeit über die Temperatur nutzt diese Schaltung eine Referenz des Typs ADR02. Diese 5-V-Präzisionsreferenz ermöglicht Eingangsspannungen bis zu 36 V. Die Referenz weist eine maximale Genauigkeit von 0,05% sowie eine maximale Temperaturdrift von 3 ppm/°C auf. Diese Drift trägt mit etwa 0,02% Fehler über den industriellen Temperaturbereich bei.

Der AD5422 ermöglicht den Anschluss eines internen oder externen Präzisionswiderstandes zum Einstellen des Stromes am Stromausgangsschaltkreis. Die Schaltung nutzt die interne Strommesswiderstandsoption; falls jedoch eine höhere Genauigkeit gebraucht wird, kann ein externer Präzisionswiderstand mit 15 kΩ verwendet werden.

Indem der Anschluss DVCC SELECT des AD5422 im „Floating”-Zustand bleibt, wird eine interne 4,5-V-Stromversorgung an den DVCC-Anschluss angeschlossen. Diese wird als digitale Stromversorgung für den AD5700-1 und die Feldseite der Isolatoren verwendet. Alternativ kann der LDO-Regler mit 5V-Ausgang am ADuM3471 genutzt werden. Der LDO liefert eine genauer geregelte Spannung von 5 V; allerdings erlaubt er wegen der Maximalwerte am Reglereingangspin des ADuM3471 keine DC-Überspannungen über 20 V.

Tabelle 1 zeigt die Ausgangssteckerkonfiguration für die EVAL-CN0321-SDPZ Hardware.

HART-Kompatibilität

Der AD5700-1 wird in Verbindung mit dem AD5422 genutzt, um eine komplette HART-kompatible 4/20mA-Lösung zu erhalten. Der interne Präzisionsoszillator AD5700-1 mit 0,5% Genauigkeit bietet eine beachtliche Platzersparnis in Applikationen mit Kanal/Kanal-Isolation, bei denen andernfalls pro Kanal ein Taktoszillator erforderlich wäre. Der Oszillator wäre normalerweise größer als der AD5700-1 selbst; daher ergibt sich mit dem internen Oszillator eine beachtliche Platzersparnis.

Der Ausgang des HART-Modems wird durch C1 und C2 gedämpft und über den Anschluss CAP2 in den AD5422 AC gekoppelt. Weitere Informationen enthält die Applikationsschrift AN-1065. Die Circuit Note CN-0278 beschreibt eine alternative HART-Kopplungsmethode, die den RSET Anschluss nutzt und eine höhere Stromversorgungsunterdrückung bietet; allerdings benötigt diese Lösung einen externen Präzisionswiderstand zur Einstellung des Stromes.

Isolierter Versorgungsbereich

Die Reserve, die der AD5422 am Spannungsausgang braucht, beträgt maximal 0,8 V. Der Stromausgang benötigt eine Reserve von maximal 2,5 V. Deshalb ist eine Versorgungsspannung von >12,5 V erforderlich, um an einer 500-Ω-Last 20 mA zu liefern. In dieser Schaltung ist die minimale Versorgungsspannung (Übertemperatur) nicht niedriger als 13,5 V, was einiges an zusätzlicher Reserve ermöglicht.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 9 Bildern

Die ADuM347x-Modelle sind vierkanalige Digitalisolatoren mit integrierten PWM-Controllern (Pulseweiten-Modulation) und Transformatortreiber (X1 und X2) mit niedriger Impedanz. Als einzige zusätzliche Bauteile für einen isolierten DC/DC-Wandler sind ein Transformator und ein einfacher Vollwellen-Gleichrichter erforderlich. Die Bauteile liefern bis zu 2 W geregelte Ausgangsleistung, wenn sie eingangsseitig mit 5,0 oder 3,3 V versorgt werden. Dies erspart einen separaten, isolierten DC/DC-Wandler.

Die iCoupler-Transformatortechnologie dient zur Isolation der Logiksignale. Der integrierte Transformatortreiber mit isolierter, sekundärseitiger Steuerung bietet eine hohe Effizienz für den isolierten DC/DC-Wandler. Die interne Oszillatorfrequenz ist von 200 kHz bis 1 MHz einstellbar und wird über den ROC-Wert vorgegeben. Bei ROC = 100 kΩ beträgt die Schaltfrequenz 500 kHz.

Die Regelung erfolgt von der positiven 15-V-Versorgung. Die Rückkopplung für die Regelung kommt vom Widerstandsteilernetzwerk (R1 und R2). Die Widerstände werden so gewählt, dass die Rückkopplungsspannung 1,25 V beträgt, wenn die Ausgangsspannung 15 V ist. Die Rückkopplungsspannung wird mit der internen Rückkopplungs-Setpoint-Spannung des ADuM3471 von 1,25 V verglichen. Eine Regelung wird erzielt, indem man das Tastverhältnis der PWM-Signale, die den externen Transformator treiben, variiert.

Die negative Versorgung ist lose geregelt und könnte ohne Last −26,4 V betragen. Deshalb wurde eine 25-V-Zenerdiode in die negative Versorgung gelegt. Diese Diode zieht einen kleinen Strom von der Versorgung, wenn sie gering belastet ist. Allerdings stellt sie ein Clamping bei etwa 25 V sicher.

Ein weiteres Konzept ist, einen Isolationstransformator mit einem Wicklungsverhältnis von 4:1 zu verwenden; ohne Last wird die negative Versorgung nicht so niedrig. In Applikationen, die höhere Spannungen verlangen oder nur sehr wenig Energie verbrauchen dürfen, sollte man ein anderes Stromversorgungsdesign verwenden.

Eingangsleistung

Die Schaltung in Bild 1 wird mit 24 V versorgt. Der ADP2441 wird verwendet, um die 24 V auf 5 V zu regeln, um alle Schaltungen auf der Controller-Seite zu versorgen.

Der ADP2441 hat eine große Toleranz an seiner eingangsseitigen Versorgungsspannung. Dies macht ihn zum idealen Bauteil, das die industrieübliche Spannung von 24 V akzeptiert. Da der ADP2441 bis zu 36 V akzeptiert, lässt sich ein zuverlässiger Transientenschutz am Eingang wesentlich einfacher realisieren.

Der ADP2441 verfügt ferner über eine Reihe anderer Sicherheits-/Zuverlässigkeitsfunktionen wie UVLO (Undervoltage Lockout), eine Präzisions-enable Funktion, einen „Power Good“-Anschluss und eine Überstromschutzschaltung. Er erreicht bei 24 V am Eingang und 5 V am Ausgang einen Wirkungsgrad von bis zu 90%.

Isolation

Der Leistungsisolationsschaltkreis des ADuM3471 beinhaltet vier komplett isolierte Spannungskanäle mit einer spezifizierten Isolation von 2,5 kV. Diese vier Kanäle werden verwendet, um die vier Datenleitungen des AD5422 (SCLK, LATCH, SDIN und SDO) zu isolieren. Die Isolation der SDO-Leitung ist für den Betrieb der Schaltung unwesentlich; jedoch ermöglicht sie den Zugang zu Diagnose- und Fehlerfunktionen sowie ein Zurücklesen der Register.

Der ADuM3482 ist ein für eine Isolationsspannung von 3,75 kV ausgelegter vierkanaliger Digitalisolator in einem 20-poligen SSOP-Gehäuse (7,2 mm × 7,8 mm). Der Core des ADuM3482 arbeitet mit einer Spannung von 3,0 und 5,5 V, während die I/O-Versorgung von 1,8 bis 5,5 V variieren kann. Diese Bauteile können zum direkten Anschluss an die 1,8-V-Logik verwendet werden. Dieser Isolator dient dazu, die UART-Signale für das HART-Modem AD5700-1 zu isolieren.

DC-Überspannungsschutz

Die Schaltung in Bild 1 bietet Schutz vor Überspannungen von 36 bis −28 V DC. Dies bedeutet, dass die Schaltung in den Fällen geschützt ist, in denen eine DC-Versorgungsleitung versehentlich mit dem Ausgang verbunden wird.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 9 Bildern

Bei Überspannung werden die Versorgungen über die externen Schutzdioden höher oder niedriger „gezogen“. Der Widerstand zwischen diesen Dioden und den Ausgängen begrenzt den Spitzenstrom.

Die maximale/minimale Spannung an den ausgangsseitigen Anschlüssen wird durch die Durchbruchspannung an allen Schaltungen begrenzt, die mit dem Ausgang oder den Versorgungsspannungen verbunden sind. Die Strom- und Spannungsausgänge des AD5422 können von 48 bis -28 V tolerieren. Der AVSS-Eingang toleriert −28 V, der AVDD +48 V. Die Referenz ADR02 akzeptiert 36 V an ihrer Versorgung. Der ADC_IP Anschluss des AD5700-1 ist durch einen 150-kΩ-Widerstand geschützt. Dieser begrenzt Ströme, gefolgt von einem 300-pF-Kondensator, um DC-Strom zu blockieren. Andere ICs sollte man bei DC-Überspannung nicht höheren Spannungen aussetzen.

Schutz vor Transienten

Der AD5422 enthält ESD-Schutzdioden, die ihn vor Beschädigung bei normalem Gebrauch schützen. In der industriellen Steuerungsumgebung können I/O-Schaltungen jedoch wesentlich höheren Transienten ausgesetzt sein. Um den AD5422 vor übermäßig hohen Spannungstransienten zu schützen, sind eventuell externe Leistungsdioden und ein Widerstand zur Begrenzung von Stromspitzen erforderlich (Bild 1).

Die Einschränkung beim Widerstandswert im Stromausgangspfad (in Bild 1 als 18 Ω dargestellt) ist, dass im normalen Betrieb der Ausgangspegel an IOUT in seiner Spannungskonformitätsgrenze von AVDD –2,5 V bleiben muss und die zwei Schutzdioden und Widerstände die geeigneten Leistungswerte haben müssen. Mit 18 Ω und 4 bis 20 mA am Ausgang sinkt die Konformitätsgrenze am Anschluss um V = IMAX × R = 0,36 V.

Die Einschränkung beim Widerstandswert im Spannungsausgangspfad (in Bild 1 als 100 Ω dargestellt) ist, dass 0,8-V-Reserve über der Ausgangsspannung vorhanden sein muss. Der Einfluss dieses Widerstands lässt sich minimieren, indem man den +VSENSE-Eingang nutzt. Wie Bild 1 zeigt, ist der +VSENSE-Eingang durch einen 22-Ω-Widerstand geschützt. Es gibt auch einen korrespondierenden 22-Ω-Widerstand im –VSENSE-Pfad.

Diese zwei 22-Ω-Widerstände verursachen einen absoluten Verstärkungsfehler, der eventuell bei Zimmertemperatur auskalibriert werden muss; der Grund für diesen Fehler ist, dass es nur eine Impedanz von etwa 70 kΩ in der internen Rückkopplungsschaltung des AD5422 gibt. Der Vorteil der Messung der Spannung am Ausgang und nicht am Anschluss VOUT des AD5422 ist, dass über dem Schutzwiderstand für den Anschluss VOUT je nach Laststrom eine andere Spannung anliegt. Eine Messung am Anschluss vermeidet diese Fehlerquelle.

Weiteren Schutz bieten TVS (Überspannungsbegrenzer) oder so genannte „Transorbs“. Diese stehen als unidirektionale oder bidirektione Bauteile zur Verfügung und werden mit vielen verschiedenen Standoff- und Durchbruchspannungen angeboten. Der TVS mit der niedrigsten möglichen Durchbruchspannung sollte gewählt werden, da er nicht im funktionalen Bereich des Stromausgangs leitet. Wie bereits erläutert wird empfohlen, dass alle entfernt angeschlossenen Knoten geschützt werden.

Häufige Varianten

Diese Schaltung hat sich mit den gezeigten Bauteilewerten als gut funktionierend und mit hoher Stabilität und Genauigkeit bewährt. Falls die Anwendung nur den 4/20-mA-Stromausgang benötigt, kein ein Konzept mit unipolarer Versorgungsspannung verwendet werden. In diesem Fall kann die positive AVDD Versorgung für den AD5422 z.B. 24 V betragen. Die Ausgangskonformität ist dann 24 V – 2,5 V = 21,5 V. Mit einem Ausgangsstrom von 20 mA ist ein Lastwiderstand von bis zu 1 kΩ möglich.

Für Applikationen, die keine Auflösung von 16 Bit brauchen, ist der AD5412 verfügbar. Für Applikationen, die nur Stromausgänge benötigen, gibt es die 16- und 12-Bit-Modelle AD5420 und AD5410. Für Applikationen, die Spannungs- und Stromausgänge am gleichen Anschluss verlangen, ist in der Circuit Note CN-0278 eine Technik beschrieben. Falls kein Überspannungsschutz erforderlich ist, kann eine Referenz mit einer niedrigeren maximalen Versorgungsspannung wie etwa die Modelle ADR4550 oder ADR445 verwendet werden.

Die Isolatoren der Familie ADuM347x (ADuM3470, ADuM3471, ADuM3472, ADuM3473 und ADuM3474) bieten vier unabhängige Isolationskanäle in einer Vielzahl von Ein/Ausgangskanal-Konfigurationen. Diese Bauteile sind auch mit einer maximalen Datenrate von 1 Mbit/s (A Grade) oder 25 Mbit/s (C Grade) verfügbar.

Das Modem AD5700 kann statt des AD5700-1 verwendet werden; jedoch ist entweder ein externer Oszillator oder ein CMOS-Takt erforderlich.

Schaltungsevaluation und Test

Die folgende Ausrüstung wird gebraucht:

  • Die System Demonstration Plattform (SDP-B) EVAL-SDP-CB1Z
  • Das Evaluation-Board EVAL-CN0321-SDPZ und zugehörige Software
  • Ein PC (Windows 32 Bit oder 64 Bit)
  • Eine 24-V-Stromversorgung
  • Ein Präzisionsspannungsmesser wie der Agilent 34410A
  • Ein digitaler Testfilter (wie der HCF_TOOL-31, erhältlich von der HART Communication Foundation)
  • Ein 500-Ω-Präzisionswiderstand als Last
  • Ein Oszilloskop wie das Tektronix DS1012B oder ein vergleichbares

Ein Diagramm des Testaufbaus zeigt Bild 2.

Software-Installation

Das Evaluation-Kit enthält selbstinstallierende Software auf CD. Die Software läuft unter Windows XP (SP2), Vista (32 und 64 Bit) oder Windows 7 (32 und 64 Bit). Falls das Setup-File nicht automatisch startet, rufen Sie bitte die Datei setup.exe auf der CD auf.

Installieren Sie die Evaluation-Software vor dem Anschluss des Evaluation-Boards und des SDP-Boards an den USB-Port des PC, um sicherzustellen, dass das Evaluation-System beim Anschluss an den PC richtig erkannt wird.

1. Schließen Sie das EVAL-SDP-CB1Z mit dem mitgelieferten Kabel an den USB-Port des PC an.

2. Verbinden Sie das EVAL-CN0321-SDPZ Evaluation-Board an Connector A. Falls Connector B verwendet wird, wird der UART des EVAL-SDP-CB1Z nicht wie gewünscht funktionieren.

3. Schalten Sie das EVAL-CN0321-SDPZ ein, indem Sie 24 V an den J1-Stecker anlegen.

4. Starten Sie die EVAL-CN0321-SDPZ Software und folgen Sie dem Dialog. Dies schließt die Installation ab.

Software

Das Haupt-Softwarefenster zeigt Bild 3. Klicken Sie Advanced für mehr Optionen zur Konfiguration des AD5422.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 9 Bildern

Für HART-Kommunikation stellen Sie bitte sicher, dass ein Stromausgangsbereich aktiviert ist. Dann wählen Sie den HART Tab. Vom HART Tab aus können Daten in die Command Box eingegeben und über die 4/20-mA-Schleife geschickt werden. Die Software kann so eingestellt werden, dass beliebige Daten über die 4/20-mA-Schleife übertragen werden. Alternativ kann durch die Auswahl der HART Query Tab ein angeschlossener HART-kompatibler Betätiger nach seiner Bausteinadresse und seinem Bausteintyp abgefragt werden.

Absolute Genauigkeit

Der TUE (Total Unadjusted Error) für den AD5422 im Strom-Ausgangsmode mit internem RSET beträgt 0,08% FSR typisch bei 25°C. Der Gesamtfehler der Referenz ADR02 (B Grade) beträgt 0,06% maximal bei 25°C.

Tabelle 2 zeigt den gemessenen Stromausgangsfehler der Schaltung für den 4/20mA-Bereich.

Die Ergebnisse decken sich gut mit den erwarteten Werten. Ähnlich ergibt sich für den Spannungsausgangsmode des AD5422 ein TUE von 0,01% FSR typisch bei 25°C.

Der Fehler der Referenz ADR02 (B Grade) beträgt 0,06% maximal bei 25°C. Tabelle 3 zeigt den gemessenen Spannungsausgangsfehler für die Schaltung im Ausgangsbereich von ±10 V.

Der Spannungsausgang in Tabelle 3 beinhaltet auch den Fehler in der Schaltung für die 22-Ω-Schutzwiderstände an den Eingängen +VSENSE und −VSENSE des AD5422. Die Eingänge +VSENSE und −VSENSE sind intern mit einem Rückkopplungswiderstand von etwa 70 kΩ verbunden. Die zusätzlichen 22-Ω-Widerstände addieren einen Verstärkungsfehler von rund 22 kΩ/70 kΩ oder 0,031%. Dieser Initialfehler lässt sich durch Kalibrieren beseitigen.

Integrale Nichtlinearität (INL)

Die INL des AD5422 wurde getestet, indem man lineare Versorgungen und die isolierten DC/DC-Schaltnetzteile verwendete, um sicherzustellen, dass keine Einbußen der Systemgenauigkeit entstanden. Bild 4 zeigt die INL für die linearen Versorgungen und die Schaltnetzteile. Es ist kein nennenswerter Verlust der Leistungsfähigkeit zu verzeichnen, wenn man die Schaltnetzteile gegenüber den linearen Versorgungen verwendet.

Das durchschnittliche Ausgangsrauschen mit einer linearen Versorgung und einem Schaltnetzteil wurde ebenfalls getestet und über die Zeit verglichen (Bild 5). Man beachte, dass es einen kleinen Offset des Ausgangsrauschens, gemessen über die Zeit, gibt. Dieser Offset ist nicht viel größer als 1 LSB und könnte durch einen geringfügig anderen Messaufbau oder die Drift in der Referenz während der Zeit zwischen den beiden Messungen entstehen.

HART-Konformität

Damit die Schaltung in Bild 1 HART-konform wird, muss sie die HART Physical Layer Spezifikationen erfüllen. Es gibt eine Reihe von Physical Layer Spezifikationen in den Dokumenten der HART-Spezifikation. Zur Evaluierung der Leistungsfähigkeit der Hardware wurden der „Ausgangsrauschen im Silence Mode“ und der „Analog Rate of Change“-Test verwendet.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 9 Bildern

„Output Noise During Silence” Test

Wenn eine HART-Komponente nicht überträgt (Silence), sollte sie kein Rauschen in das Netzwerk einkoppeln. Übermäßiges Rauschen kann sich durch das Bauteil selbst oder durch andere Bauteile im Netzwerk mit dem Empfang von HART-Signalen überlagern.

Das über einer 500-Ω-Last in der Schleife gemessene Spannungsrauschen darf nicht mehr als 2,2 mVeff an kombiniertem Breitband- und korrelierten Rauschen im erweiterten HART-Frequenzband enthalten. Ferner darf das Rauschen außerhalb des erweiterten HART-Frequenzbandes den Pegel von 138 mVeff nicht übersteigen.

Dieses Rauschen wurde mit einem echten Effektivwertmesser, angeschlossen über der 500-Ω-Last gemessen. Dieses Rauschen wurde direkt für das Out-of-Band Rauschen und über den HCF_TOOL-31 Filter für das In-Band Rauschen gemessen. Ein Oszilloskop wurde verwendet, um den Verlauf des Rauschens zu untersuchen.

Der erfasste Rauschverlauf ist in Bild 6 zu sehen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefasst.

Test der Änderungsrate des analogen Ausgangsstroms

Der „Analog Rate of Change”-Test stellt sicher, dass, wenn ein Bauteil den analogen Ausgangsstrom regelt, die maximale Änderungsrate (Rate of Change) des Analogstromes nicht mit der HART-Kommunikation interferiert. Sprunghafte Stromänderungen verfälschen HART-Signale.

Die Änderung des analogen Ausgangsstromes im ungünstigsten Fall darf keine Störungen über 15 mV Spitze produzieren, gemessen über einer 500-Ω-Last im erweiterten HART-Frequenzband.

Der AD5422 DAC und Ausgangstreiber ist relativ schnell. Um die erforderlichen Systemspezifikationen zu erhalten, ist die Stromänderung am Ausgang durch das Hardware Slew-Rate-Limit begrenzt. Dazu werden die Kondensatoren an den Anschlüssen CAP1 und CAP2 des AD5422 und die digitale Slew-Rate-Steuerungsfunktion des AD5422 verwendet. Genauer ist dies in der Applikationsschrift Note AN-1065 erläutert.

Dieser Test wurde mit einem Oszilloskop durchgeführt, das über das Filter HCF_TOOL-31 an eine 500Ω-Last gekoppelt wurde.

Bild 7 zeigt das Ergebnis. Der 4/20 mA Ausgangsverlauf (blaue Kurve in Bild 7) zeigt die periodischen Stufen zwischen 4 und 20 mA, gemessen direkt über einer 500-Ω-Last. Der Ausgangsverlauf des Filters ×10 (rote Kurve in Bild 7) ist das am Ausgang des Filters HCF_TOOL-31 erfasste Signal, verstärkt um den Faktor 10, innerhalb der 150-mV-(Spitze) Grenzen.

* Derrick Hartmann arbeitet als Applikationsingenieur in der DAC-Gruppe bei Analog Devices in Limerick / Irland.

(ID:40021680)