Alameda MAXREFDES24

PLCおよびDCSシステムでは、アナログ出力電流および電圧が重要な制御および作動機能を提供します。図1に示すAlameda (MAXREFDES24)リファレンスデザインは、産業用制御の要件に適合する4つの柔軟で設定可能なアナログ出力を提供します。

システムの中心となるのはMAX5134です。この4チャネル、16ビット、高精度デジタル-アナログコンバータ(DAC)は、4つの信号コンディショナのMAX15500の入力を駆動する電圧出力を提供します。これらの信号コンディショナは、ユーザー設定可能な高精度電流または電圧出力を生成します。また、MAX15500は広範なエラー通知も提供します。MAX6126は、DACおよび出力コンディショナ用の超高精度電圧リファレンスを生成します。MAX14850は、データ通信をフィールド側およびシステムコントローラからガルバニック絶縁します。

Alamedaは、絶縁型、広DC入力範囲、フライバックコンバータ電源も内蔵しています。ピーク電流モードフライバックコントローラのMAX17498Bは、絶縁型トランスを効率的に駆動して±24Vおよび+8V出力を生成します。次に、低ドロップアウト(LDO)リニアレギュレータのMAX1659が、+8V出力を+5V低ノイズ出力に安定化します。システム全体で必要な電力は、１つの24V入力のみです。

このサブシステムは、すべての標準的バイポーラ電流および電圧出力範囲(および適切なサブセット)を備え、総合未調整誤差(TUE)は±0.1% (typ)以内です。また、この回路はオープン回路検出、ブラウンアウト検出、過熱保護、短絡および過電流保護も提供します。これらは、いずれも産業アプリケーションにとって非常に重要です。柔軟なパワーアップオプションを備えているため、Alamedaは堅牢な産業用制御システムに最適です。

*ZedBoard Rev Cで試験済み。

MAX15500 (U1～U4)は、1チャネル、低コスト、高精度アナログ電流/電圧出力コンディショナで、PLCおよびその他の産業用制御およびオートメーションアプリケーションの要件に適合するように開発されています。MAX15500は、±15V～±32.5Vの電源範囲で動作します。

MAX15500は、ユニポーラとバイポーラの両方の電流および電圧出力を生成することができます。電流モードでは、このデバイスは-1.2mA～+24mAまたは-24mA～+24mAの電流を生成します。電圧モードでは、このデバイスは-0.3V～+6V、-0.6V～+12V、または±12Vの電圧を生成します。ユニポーラモードでオーバーレンジ/アンダーレンジ機能を可能にするため、MAX15500の伝達関数は、A_INの電圧がフルスケールの5%のときに、I_OUTが0mAおよびV_OUTが0Vになるようにオフセットされています。VAINがフルスケールに達すると、V_OUTまたはI_OUTは(FS_MODE端子の状態に応じて)フルスケール+5%または+20%になり、I_OUTは(R_SENSEの抵抗の値に応じて)フルスケール+5%または+20%になります。一般的な出力モードおよびそれぞれのオーバーレンジ制御ジャンパの概要を表3に示します。

MAX15500は、OUTがグランドまたは最大±24Vの電源電圧になった場合の過電流および短絡状態に対する保護を備えています。しかし、多くのシステムでは追加のポート保護が必要です。保護回路および部品の詳細については、アプリケーションノート6008 ｢Protection: How Much Is Enough for an Analog Output｣を参照してください。また、このデバイスは過熱および電源ブラウンアウト状態も監視します。電源ブラウンアウトのスレッショルドは、±10V～±24Vの範囲で2Vステップの設定が可能です。MAX15500は、短絡、オープン回路、ブラウンアウト、および過熱状態の広範なエラー通知を、SPIインタフェースおよび追加のオープンドレイン割込み出力(ERROR)を介して提供します。また、MAX15500はOUTの負荷状態を監視するためのアナログ0～3V出力(MON)も備えています。

MAX5134 (U5)は、クワッド16ビット、バッファ内蔵電圧出力、高リニアリティDACです。このデバイスは、4チャネル、超低デッドバンド(0.02V max)レール・ツー・レール出力を備えています。ほとんどのアプリケーションでは、負のバイアス電源は不要です。

MAX6126 (U6)は、初期精度0.02%の初期精度と3ppm/℃の最大温度係数(tempco)を備えた超高精度4.096V電圧リファレンスで、アナログ出力コンディショナおよびDACのリファレンス入力を駆動します。

DACの出力は、外付け部品なしでコンディショナの入力を直接駆動するため、インタフェースが簡素になります。

MAX17498B (U8)は、+18V～+32V DCの単一電圧を入力として、フライバックアーキテクチャの絶縁型トランスを使用してそれを±24Vおよび+8Vに変換する、絶縁型の、機能絶縁クラスの電源ソリューションを提供します。ポストレギュレーションは5V出力に対してMAX1659 LDO (U9)を使用して実現されます。

サブシステムとコントローラ間のデータ絶縁は、デジタルデータアイソレータのMAX14850 (U7)を使用して実現されます。電源とデータの組合せで実現される絶縁は600V_RMSです。

LX9およびZedBoardプラットフォーム用ファームウェアの詳細

表2に、現在サポートされているプラットフォームおよびポートを示します。その他のプラットフォームのサポートは、｢全設計ファイル｣の項の｢ファームウェアファイル｣に定期的に追加される可能性があります。

LX9開発キット用に公開されているAlamedaファームウェアは、Xilinx^® Spartan-6 FPGA内のMicroblaze^™ソフトコアマイクロコントローラを対象としています。AlamedaファームウェアはZedBoardキットもサポートしており、Xilinx Zynqシステムオンチップ(SoC)内のARM^® Cortex^®-A9プロセッサを対象としています。

ファームウェアは、システムを起動してユーザーの入力を待つ方法を示す、実際に動作する例です。ユーザーは出力モードを選択し、DAC入力コードを入力することができます。簡単な処理フローを図2に示します。ファームウェアは、オープンソース規格のEclipse™に基づくXilinxソフトウェア開発キット(SDK)ツールを使用してC言語で記述されています。標準Xilinx XSpiコアのバージョン3.03aを利用して、Alameda固有の独自設計機能が作成されました。SPIクロック周波数は、LX9プラットフォーム上では2MHzに設定され、ZedBoardプラットフォーム上では3.125MHzに設定されています。

お客様の開発を迅速化するために、完全なソースコードが提供されています。コードの説明は、対応するファームウェアプラットフォームファイルに記載されています。

クイックスタート

MAXREFDES24の必要機器：

• 2つのUSBポートを備えたWindows® PC
• Alameda (MAXREFDES24)ボード
• Alcatrazがサポートしているプラットフォーム(すなわち、LX9開発キットまたはZedBoardキット)
• 1つの24V、150mA (min) DC電源
• 1つの750Ω、0.25W抵抗
• 適切なAlameda Quick Start Guideをダウンロードして読み、記載されている各ステップに注意深く従ってください。

ハードウェアの詳細

Alamedaは、Pmod対応フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)/マイクロコントローラ開発ボードに接続します。Alamedaは、Pmodコネクタからの3.3V電源電圧を必要とし、右の図に示すSPIピン割当てを使用します。

電源要件を表1に示します。完全なシステム動作には外部+24V電源が必要になることに注意してください。現在サポートされているプラットフォームおよびポートを表2に示します。

*ZedBoard Rev Cで試験済み。

MAX15500 (U1～U4)は、1チャネル、低コスト、高精度アナログ電流/電圧出力コンディショナで、PLCおよびその他の産業用制御およびオートメーションアプリケーションの要件に適合するように開発されています。MAX15500は、±15V～±32.5Vの電源範囲で動作します。

MAX15500は、ユニポーラとバイポーラの両方の電流および電圧出力を生成することができます。電流モードでは、このデバイスは-1.2mA～+24mAまたは-24mA～+24mAの電流を生成します。電圧モードでは、このデバイスは-0.3V～+6V、-0.6V～+12V、または±12Vの電圧を生成します。ユニポーラモードでオーバーレンジ/アンダーレンジ機能を可能にするため、MAX15500の伝達関数は、AINの電圧がフルスケールの5%のときに、I_OUTが0mAおよびV_OUTが0Vになるようにオフセットされています。VAINがフルスケールに達すると、V_OUTまたはI_OUTは(FS_MODE端子の状態に応じて)フルスケール+5%または+20%になり、I_OUTは(R_SENSEの抵抗の値に応じて)フルスケール+5%または+20%になります。一般的な出力モードおよびそれぞれのオーバーレンジ制御ジャンパの概要を表3に示します。

MAX15500は、OUTがグランドまたは最大±24Vの電源電圧になった場合の過電流および短絡状態に対する保護を備えています。しかし、多くのシステムでは追加のポート保護が必要です。保護回路および部品の詳細については、アプリケーションノート6008 ｢Protection: How Much Is Enough for an Analog Output｣を参照してください。また、このデバイスは過熱および電源ブラウンアウト状態も監視します。電源ブラウンアウトのスレッショルドは、±10V～±24Vの範囲で2Vステップの設定が可能です。MAX15500は、短絡、オープン回路、ブラウンアウト、および過熱状態の広範なエラー通知を、SPIインタフェースおよび追加のオープンドレイン割込み出力(ERROR)を介して提供します。また、MAX15500はOUTの負荷状態を監視するためのアナログ0～3V出力(MON)も備えています。

MAX5134 (U5)は、クワッド16ビット、バッファ内蔵電圧出力、高リニアリティDACです。このデバイスは、4チャネル、超低デッドバンド(0.02V max)レール・ツー・レール出力を備えています。ほとんどのアプリケーションでは、負のバイアス電源は不要です。

MAX6126 (U6)は、初期精度0.02%の初期精度と3ppm/℃の最大温度係数(tempco)を備えた超高精度4.096V電圧リファレンスで、アナログ出力コンディショナおよびDACのリファレンス入力を駆動します。

DACの出力は、外付け部品なしでコンディショナの入力を直接駆動するため、インタフェースが簡素になります。

MAX17498B (U8)は、+18V～+32V DCの単一電圧を入力として、フライバックアーキテクチャの絶縁型トランスを使用してそれを±24Vおよび+8Vに変換する、絶縁型の、機能絶縁クラスの電源ソリューションを提供します。ポストレギュレーションは5V出力に対してMAX1659 LDO (U9)を使用して実現されます。

サブシステムとコントローラ間のデータ絶縁は、デジタルデータアイソレータのMAX14850 (U7)を使用して実現されます。電源とデータの組合せで実現される絶縁は600V_RMSです。

LX9およびZedBoardプラットフォーム用ファームウェアの詳細

表2に、現在サポートされているプラットフォームおよびポートを示します。その他のプラットフォームのサポートは、｢全設計ファイル｣の項の｢ファームウェアファイル｣に定期的に追加される可能性があります。

LX9開発キット用に公開されているAlamedaファームウェアは、Xilinx^® Spartan-6 FPGA内のMicroblaze^™ソフトコアマイクロコントローラを対象としています。AlamedaファームウェアはZedBoardキットもサポートしており、Xilinx Zynqシステムオンチップ(SoC)内のARM^® Cortex^®-A9プロセッサを対象としています。

ファームウェアは、システムを起動してユーザーの入力を待つ方法を示す、実際に動作する例です。ユーザーは出力モードを選択し、DAC入力コードを入力することができます。簡単な処理フローを図2に示します。ファームウェアは、オープンソース規格のEclipse™に基づくXilinxソフトウェア開発キット(SDK)ツールを使用してC言語で記述されています。標準Xilinx XSpiコアのバージョン3.03aを利用して、Alameda固有の独自設計機能が作成されました。SPIクロック周波数は、LX9プラットフォーム上では2MHzに設定され、ZedBoardプラットフォーム上では3.125MHzに設定されています。

お客様の開発を迅速化するために、完全なソースコードが提供されています。コードの説明は、対応するファームウェアプラットフォームファイルに記載されています。