プログラム ロジック制御 (PLC) または分散制御システム (DCS) は、産業用制御アプリケーションにおいて非常に重要なコンポーネントであり、アナログ デジタル コンバーター (ADC) はPLC/DCSモジュールの精度と安定性に決定的な影響を及ぼします。このテキストでは、Analog Devices, Inc. (ADI) が発売したAD4111アナログ デジタル コンバーターを紹介し、その機能と特性についてより正確な知識を得られるようお手伝いします。
PLC/DCSモジュールの開発コストを削減する高度な統合
PLCおよびDCSモジュールは、通常、過酷な産業環境で動作し、電磁干渉 (EMI) に耐える必要があります。電磁両立性 (EMC) 機能を備えた入力モジュールを設計するプロセスでは、ほとんどのデバイスの定格値がEMCに適していないため、複雑さを追加する必要があります。したがって、入力保護とフィルタ回路の設計は複雑になり、設計とテスト開発にかかる時間が明らかに長くなる可能性があります。EMCラボのレンタル料は非常に高額であり、テストが失敗すると長時間の遅延につながる可能性があります。回路基板の再設計と再テストにより、製品の開発コストが大幅に改善されます。
PLCやDCSモジュールなどのプロセス制御アプリケーション用の入力モジュールを設計するプロセスでは、通常、コスト パフォーマンスが大きなトレードオフになります。伝統的に、この応用分野ではバイポーラ ±入力信号の減衰または伝送ゲイン用のアクティブなフロントエンド コンポーネントを提供する15V電源レール。しかし、部品表 (BOM) のコストに影響する可能性があり、分離されたバイポーラ電源を設定すると設計の複雑さが増します。コストを節約するための別の方法は、単一の5V電源設計アーキテクチャを使用することです。単一の5V電源レールにより、アナログ フロントエンドの絶縁型電源の設計の複雑さが明らかに軽減されますが、測定ソリューションの精度が低下するなどの他の欠点も生じます。ADIが発売したAD4111は、電圧および電流測定に必要な多くの統合作業を実施し、5V電源ソリューションの制限を解決しました。
AD4111は、低消費電力、低ノイズの24ビットシグマデルタ（Σ-Δ）アナログデジタルコンバータであり、完全差動またはシングルエンドの高インピーダンス（≥ 1MΩ）バイポーラ ±10Vの電圧入力と0mA〜20mAの電流入力。また、各アナログに対して8種類の独立したチャネル構成設定を入力できる主要なアナログおよびデジタル信号調整ブロックも統合されています。 完全に安定したデータの場合、AD4111の最大チャネル スキャン レートは6.2 kSPS (161 µs) です。
AD4111は、2.5V低ドリフト (5 ppm/℃) バンドギャップ内部リファレンス電圧源 (出力リファレンス バッファ付き) を内蔵しており、外部コンポーネントの数を削減できます。デジタル フィルタの適用により、27.27 SPSの出力データ レートで50 Hzと60 Hzの同期制限を含む柔軟な設定を実現できます。ユーザーは、アプリケーション内の各チャネルの要件に応じて、さまざまなフィルター設定を選択できます。自動チャネル シーケンス ジェネレーターにより、ADCは各動作チャネル間で切り替えることができます。
AD4111の高精度なパフォーマンスは、ADIが提供する独自のiPassives™ テクノロジを統合することで実現できます。このテクノロジでは、正確にマッチングされたセンス抵抗と抵抗分割器が統合され、チャンネル間のマッチングも高度に簡素化されているため、キャリブレーション要件が簡素化されます。AD4111は出荷前に校正されており、指定された高精度を実現し、最大8つのシングルエンド電圧入力と4つの電流入力をサポートします。この新製品はプラットフォーム ソリューションの再構成に適しており、同時にPLCおよびDCSモジュールのサイズ、複雑さ、コストを削減します。
さらに、AD4111の電圧ピンは絶対最大定格 ±50Vを提供でき、電流ピンは定格 ±50mAを提供できます。電圧入力の断線検出を実行する独自の機能により、単一の5Vまたは3.3V電源を使用して、外部センサーまたは信号源とシステム入力間の切断を検出できるシステム レベルの診断を実行できます。
AD4111は単一電源で動作するため、指定された動作温度範囲が −40℃ ～ +105℃ の電気絶縁アプリケーションでの使用に便利です。AD4111では40ピン6 mm × 6 mm LFCSP パッケージ を採用しており、完全で複雑なPCBを必要とするモジュールを単一のデバイスに置き換えることができます。AD4111はPLCおよびDCSプロセス制御アプリケーションに適用でき、無線周波数 (RF) または伝導無線周波数干渉による恒久的な影響から回路のパフォーマンスを保護できます。さらに、静電放電 (ESD)、電気的高速過渡現象 (EFT)、サージに対する十分な耐性があることが証明されています。AD4111は、ADuM5411 4チャンネル デジタル アイソレータと併用することで、EMC/EMI規格およびIEC 61000-4-x規格セットによる安定性テストをサポートし、クラスA制限値を大幅に下回る放射エミッション レベルでCISPR11の評価を実行します。
顧客の製品開発スピードを加速させるために、ADIは、入力電圧範囲が10 V (差動チャネル4つまたはシングルエンド チャネル8つ) のAD4111 24ビット31.25 kSPSアナログ デジタル コンバータと断線検出機能を採用したEVAL-AD4111SDZ評価キットもリリースしました。 ±4つの電流チャネルの動作電流範囲は0mA ～ 20mAで、すべてのチャネルに過電圧および過電流保護機能が内蔵されています。
EVAL-AD4111SDZ ボード には基準電圧源、電源、データ絶縁が含まれており、ADIのSDP-Bシステムデモプラットフォーム (EVAL-SDP-CB1Z) にリンクできます。SDP-B ボード は、USBポート経由でPCに接続でき、PCのUSBポートからEVAL-AD4111SDZ ボード に電力を供給することもできます。制御とデータ分析に使用されるAD411X Eval+ という評価ソフトウェアは、AD4111デバイスの機能を設定できるほか、波形グラフ、ヒストグラム、関連するノイズ分析の形式でADCパフォーマンス評価のための断線検出とDC時間領域分析も提供します。
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