Alameda MAXREFDES24

在PLC和DCS系统中，由模拟输出电流和电压提供关键的控制和驱动功能。图1所示的Alameda (MAXREFDES24#)参考设计具有四个灵活且可编程的模拟输出，可满足工业控制要求。

MAX5134是系统的核心元件。这款四通道、16位、高精度数模转换器(DAC)通过输出电压驱动四个MAX15500信号调节器输入。然后这些信号调节器产生用户可编程的准确电流或电压输出。MAX15500用于提供齐全的错误报告。MAX6126用于为DAC和输出调节器提供超高精度基准电压。MAX14850使数据通信与现场端和系统控制器实现电气隔离。

Alameda还集成了隔离式宽直流输入范围反激式转换器电源。峰值电流模式反激控制器MAX17498B可高效驱动隔离式变压器，并产生±24V和+8V输出。然后，MAX1659低压差(LDO)线性稳压器将+8V输出调节为+5V低噪声输出。整个系统仅需24V电源输入。

该子系统具有所有典型的双极电流和电压输出范围以及适当的子集，典型总非调整误差(TUE)小于±0.1%。该电路还提供对于工业应用至关重要的开路检测、掉电检测、过温保护、短路和过流保护功能。Alameda提供灵活的电源选项，非常适合稳健型工业控制系统应用。

特性

竞争优势

• 灵活性
• 系统安全
• 小尺寸解决方案

应用

• PLC（可编程控制器）
• DCS
• 分布式I/O
• 工业控制与自动化

MAXREFDES24的设备要求：

• 带两个USB端口的Windows^® PC
• Alameda (MAXREFDES24)板
• Alameda支持的平台（即LX9开发套件或ZedBoard套件）
• 1个24V、150mA最小直流电源
• 1个750Ω、0.25W电阻

• MAXREFDES24EVSYS用户手册
• Alameda (MAXREFDES24) LX9 Quick Start Guide
• Alameda (MAXREFDES24) ZedBoard Quick Start Guide

MAXREFDES24EVSYS套件说明

MAXREFDES24EVSYS设计加速器套件有助于用户快速演示和评估设计功能，且无需台式电源、数字万用表或开发套件。该参考设计板通过随附的USB转SPI适配器(USB2PMB1)连接到PC，借助适配器与参考设计板进行数据通信。另外还随附通用电源适配器，可提供24V直流电源，以及USB供电的信号采集板(MAXADCLite2)，用于测量高达10V（或20mA，利用可选端接电阻）的单极性模拟控制信号。

基于Windows^®的图形用户界面(GUI)与板进行通信，以生成和捕获各种模拟信号测试模式。还提供直观的报警界面，用于演示MAX15500输出调节器的数字诊断功能。

实验室测量

使用的设备：

• Alameda (MAXREFDES24)板
• FPGA开发套件
• 1个750Ω、0.25W电阻负载
• Agilent 3458A数字万用表
• Agilent E3631A直流电源（任何24V、150mA最小直流电源均可）
• National Instruments GPIB卡和电缆
• Thermonics T-2800精密温度强制系统
• 用于控制FPGA开发套件和测量设备的Perl脚本
• Windows PC

对于PLC和其他过程控制系统，INL、DNL和TUE性能非常重要。MAX15500高度灵活且可配置，可满足各种应用需求。性能数据在+25°C下测得。在下图中，前320个DAC代码的DNL、INL和TUE显示为0，这是因为代码0至320位于MAX5134的死区（0至0.02V）。

图3、图4和图5分别显示了-10V至+10V电压输出模式（20%超量程）下的DNL、INL和TUE测量结果。

图6、图7和图8分别显示了0至10V电压输出模式（20%超量程）下的DNL、INL和TUE测量结果。

图9、图10和图11分别显示了-20mA至+20mA电流输出模式（20%超量程）下的DNL、INL和TUE测量结果。

图12、图13和图14分别显示了0至20mA电流输出模式（20%超量程）下的DNL、INL和TUE测量结果。

ARM是ARM Limited的注册商标和注册服务标志。

Audio Precision是Audio Precision, Inc.的注册商标。

Cortex是ARM Limited的注册商标。

Eclipse是Eclipse Foundation, Inc.的商标。

Windows是Microsoft Corporation的注册商标和注册服务标志。

Xilinx是Xilinx, Inc.的注册商标和注册服务标志。

ZedBoard是ZedBoard.org的商标。

Zynq是Xilinx, Inc.的注册商标。

Alameda连接到Pmod兼容的现场可编程门阵列(FPGA)/微控制器开发板。Alameda通过Pmod连接器提供3.3V电源电压，并采用右图所示的SPI引脚分配。

电源要求如表1所示。请注意，整个系统运行需要使用+24V外部电源。目前支持的平台和端口如表2所示。

*使用ZedBoard Rev C进行测试。

MAX15500 (U1–U4)是一款单通道、低成本、精密模拟电流/电压输出调节器，专为满足PLC及其他工业控制和自动化应用要求而开发。MAX15500在±15V至±32.5V电源范围内工作。

MAX15500可提供单极性和双极性电流和电压输出。在电流模式下，该器件产生-1.2mA至+24mA或-24mA至+24mA电流。在电压模式下，该器件产生-0.3V至+6V、-0.6V至+12V或±12V电压。为了在单极性模式下实现超量程和欠量程能力，MAX15500的传递函数偏移，使得AIN处电压为满量程的5%时，IOUT为0mA，VOUT为0V。一旦VAIN达到满量程，VOUT或IOUT将变为满量程+5%或+20%（取决于FSMODE引脚的状态），IOUT将变为满量程+5%或+20%（取决于RSENSE电阻的值）。表3总结了常见的输出模式和相应的超量程控制跳线。

当OUT接地或电压高达±24V时，MAX15500可防止出现过流和短路情况。然而，许多系统还需要提供额外的端口保护。请参阅应用笔记6008，“模拟输出达到多少才足够安全”，了解有关保护电路和组件的更多信息。该器件还监控过温和电源电压不足的情况。电源欠压阈值可在±10V和±24V之间以2V增量进行编程。MAX15500通过SPI接口和额外的开漏中断输出(ERROR)提供短路、开路、掉电和过温情况等错误报告。MAX15500还包括一个0至3V模拟输出(MON)，用于监测OUT端的负载情况。

MAX5134 (U5)是一款四通道16位、缓冲电压输出、高线性度DAC。该器件提供4通道、超低死区（最大0.02V）轨到轨输出。对于大多数应用，不需要负偏置电源。

MAX6126 (U6)采用超高精度4.096V基准电压源驱动模拟输出调节器和DAC基准输入，初始精度为0.02%，最大温度系数(tempco)为3ppm/°C。

DAC的输出直接驱动调节器的输入，无需外部元件，从而实现轻松接口。

MAX17498B (U8)提供隔离功能性绝缘级电源解决方案，支持+18V至+32V单直流电压，并使用反激式架构中的隔离变压器将其转换为±24V和+8V。针对5V输出使用MAX1659 LDO (U9)实现后调节。

子系统和控制器之间的数据隔离通过MAX14850 (U7)数字数据隔离器实现。可实现600VRMS电源和数据组合隔离。

LX9和ZedBoard平台固件详细说明

表2列出了目前支持的平台和端口。可以在“所有设计文件”部分的“固件文件”下定期添加对其他平台的支持。

Alameda固件针对LX9开发套件发布，目的是在Xilinx^® Spartan-6 FPGA中集成Microblaze™ 软核微控制器。Alameda固件还支持ZedBoard套件，针对Xilinx Zynq片上系统(SoC)内的ARM® Cortex®-A9处理器。

固件中提供了一个工作示例，说明如何启动系统并等待用户输入。用户可以选择输出模式并输入DAC输入代码。简单的工艺流程如图2所示。固件使用Xilinx软件开发套件(SDK)工具以C语言编写，该工具基于Eclipse^™开源标准。定制Alameda特定设计功能利用标准Xilinx XSpi内核版本3.03a创建。SPI时钟频率在LX9平台上设置为2MHz，在ZedBoard平台上设置为3.125MHz。

将提供完整源代码，助力客户加速开发。代码文档可在相应的固件平台文件中找到。