利用AD5755節省多通道PLC的空間、成本和功耗

　　通過4mA所代表的活動—零狀態，接收儀表可以檢測環路的一些故障（例如：0mA表示開環，3mA表示傳感器發生故障），雙線變送器設備也能通過環路電流供電。此類儀表用于測量壓力、溫度、流量、pH值和其它過程變量，以及控制閥門定位器或其它輸出執行器。模擬電流環路中的電流可以在環路中的任一點，通過一個串聯精密電阻轉換為電壓輸入。儀表的輸入端可能會將電流環路的一端連接到機殼（大地），因 此當串聯連接多個儀表時，可能需要模擬隔離器。

　　功耗考慮

　　在圖3所示的系統中，一個通道配置為4mA至20mA通信（本例中為從DAC驅動一個執行器負載）。執行器的端接電阻決定環路所需的最大電源電壓。例如，100電阻至少需要2 V電壓才能提供20 mA電流。如今的系統必須能夠驅動最高達（有時甚至超過）1k的負載，這是很常見的要求。對于這一負載阻抗和20 mA的滿量程電流，電源需要提供至少20 V電壓。所產生的功率為：

P = V × I = 20 V × 0.02 A = 0.4 W.

　　如果負載阻抗變為100 ，使用同一電源（有效條件）時，即使只需要 0.04 W功率，功耗仍將為0.4 W。這種情況下，系統的效率損失為90%，360mW功率遭到浪費。

圖 3. 當滿量程輸出遠低于電源電壓時，功率被浪費

　　對于一個8通道模塊，20V電源下的總功耗將為3.2 W，其中多達2.88 W的功率遭到浪費（如果所有負載均為100 ）。這種情況下，自熱效應和功耗預算的提高開始演變成問題。模塊內的溫度升高可能導致系統誤差增大，各個器件的漂移特性需要納入系統整體的誤差預算中加以考慮。

　　設計人員會考慮各種辦法來解決這些問題：

　　●增大模塊尺寸以支持更多功耗，但成本會增加，因而 這種解決方案的競爭力不強。

　　●使用散熱和/或風扇控制，這是一種昂貴的解決方案，同時會增大空間。事實上，在一些安全關鍵應用中，不允許使用這種溫度控制設備。

　　●減小最大負載阻抗，以便限制電路的整體功耗。在一些應用中，這會限制性能，導致系統的市場競爭力下降。

　　無論如何，在更小的空間中提供更多的通道這一趨勢會給許多系統設計人員帶來散熱和功耗方面的困擾。

　　一種有助于解決此問題的方法是從5V電源入手。監控輸出負載電壓，然后根據需要有效升壓并調節輸出電壓。圖4顯示5V電源和一款高效率DC/DC升壓轉換器利用反饋控制提供適當的輸出電壓，使片內功耗最小。

圖 4.動態電源控制原理

　　AD5755系列4通道、16位、串行輸入、電壓和電流輸出DAC能夠提供這種閉環動態電源能力（見附錄—圖A）。它的每個 通道都能以16位分辨率提供電流或電壓，輸出端由動態電源控制下的DC/DC轉換器供電，因此該器件相當于在一個非常緊湊的9mm × 9mm × 0.8mm封裝中提供4個低功耗節點。