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纯净的硅(中级)

使用MSP430™MCU智能模拟组合设计电流环路

        温度,压力,流量,pH值–这些是在过程控制和工厂自动化应用中通常监视的一些变量。气动系统最初控制和监视这些变量,直到1950年代,当时电子产品变得更加便宜且足够坚固,可以实施。电子技术的发展为过程控制应用创建了新的控制和监视标准:4至20mA电流环路。
一般功能包括使用传感器监视环境变量(例如温度,气体,光线或其他条件),并将其转换为4至20 mA的电流环路。
(如果您不熟悉电流环路,您可能会想知道“为什么使用电流而不是电压?”使用电流而不是电压来量化传感器的测量有几个优点。环境传感器的数据通常在过程控制中以长距离发送在将长电缆引入系统中时,可能会出现电压降;但是,使用电流而非电压时,信号降级的风险大大降低,电流对噪声的敏感性也比电压低,这对于降低噪声非常重要。有电机的工厂环境。)
        图1显示了一般的电流环路设计。监视环境状况的传感器会将数据输入到模数转换器(ADC)中。该ADC将传感器数据转换为数字数据,并将其馈送到微控制器(MCU)进行处理。处理完数据后,MCU会将数字数据发送到数模转换器(DAC)。然后,DAC将使用其模拟输出和晶体管来控制电流环路中的电流水平。

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图1:通用4至20mA电流环路变送器设计
这些电流环路设计需要多个组件。在印刷电路板(PCB)上安装传感器,ADC,MCU,DAC和电源电路会迅速消耗电路板空间并增加物料清单(BOM)成本。
该MSP430FR2355可以帮助在不牺牲性能,为电流回路设计一个集成的解决方案减轻这些负担。智能模拟组合是MSP430FR2355的新外设,提供了四个可配置的模拟模块。每个模块包括一个12位DAC和一个具有可编程增益放大器功能的运算放大器(op amp)。
使用Smart Analog Combo外设时,可以采用图1所示的常规电流环路设计,并将其简化为图2所示的配置。如果需要,此配置还可以实现隔离。

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图2:采用MSP430FR2355智能模拟组合外设的4至20mA电流环路变送器设计
在DAC配置中配置SAC外设最终会导致更多的电路板空间和更少的BOM成本。图3显示了Smart Analog Combo中的功能DAC配置。

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图3:Smart Analog Combo电流环路配置
第一个智能模拟组合模块(SAC3)采用DAC配置。该模块根据DAC输出产生电压。第一块的输出连接到第二块(SAC1)的正输入,后者是在通用模式下配置的运算放大器。SAC1模块控制晶体管的栅极电压。电流值I Loop取决于外部电阻值和SAC3中DAC的输出电压。有关此设计的更多信息,请参见带有MSP430智能模拟组合的4至20mA环路供电RTD温度变送器参考设计。
根据您系统的要求,可以使用MSP430FR2355的内部12位ADC 进一步集成电流环变送器设计(并使BOM成本最小化)。图4显示了这种集成。

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图4:具有内部ADC的Smart Analog Combo电流环路配置变送器

除了智能模拟组合以外,MSP430FR2355 MCU还采用小型RSM封装,符合最高105°C的温度要求。此包措施的4x4mm并且比大的QFN,6x6mm的小近60%MSP430FR2355 RHA包(图5)。对于可能存在尺寸限制的工厂或过程控制应用,采用集成了模拟芯片的高密度32引脚封装进行传感会非常有益。

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图5:32引脚RSM封装与40引脚RHA封装的尺寸比较(mm)
该MSP430FR2355提供的节省电路板空间和降低BOM成本的好处-同时提供可靠的性能。电流环路发送器是可以从MSP430FR2355的附加值中受益的众多系统之一。


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不错。


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