基于ADC的多通道通用输入应用设计

通用模拟输入是工厂自动化普遍使用的单元电路，灵活测量模拟电压/电流信号以及RTD、TC成为组装过程中不可或缺的功能。工业4.0在工业结构、分布试管理、智能化控制方面带来了巨大变化，其高度 可配置性、高度模块化整合，使得传感器输入量剧增。如何在超小尺寸的plc模块内构建通用的模拟 信号和温度测量成为工业4.0的关键。为满足工业客户的这一需求，我们以Maxim的高精度ADC为核 心，分别设计了多通道的通用电压/电流输入和RTD、TC输入参考设计，以帮助用户快速实现产品升级。

MAXREFDES147#：4通道通用温度测量（TC&RTD）方案

MAXREFDES147#是Maxim通用模拟输入板卡之一，四个通道可 分别配置成RTD （阻值小于4kΩ）、热电偶输入，提供电源和数据 隔离。整个板卡尺寸为5.1cm x 9.1cm，板上安装了STM32微处 理器和模拟前端，低功耗、24位ADC MAX11410实现精确的传感 器测温。系统典型功耗低于300mW，适合任何高精度温度测量应 用。电路原理框图如图1所示。

图1. MAXREFDES147#参考设计框图

关键特性

高精度：pt100小于0.1°C

低功耗模拟前端

电源与数据隔离

4通道输入，每通道可独立配置为RTD或TC输入

RTD支持2线或3线连接

TC采用外部PT100/PT1000作为冷端补偿

支持传感器开路检测

传感器输入提供高达30V输入保护

系统校准，校准数据保存在Flash

提供驱动和C程序代码

典型应用

工业控制与自动化

过程控制

PLC

MAXREFDES147#测量误差@25°C （PT100/PT1000）

表1. MAXREFDES147#供电需求

电源类型输入电压（V）输入电流（MA， 典型值）

板上隔离电源2420

注：STM32和FTDI由USB供电

固件可执行校准和采样指令，并通过虚拟COM口批量读取采样数 据。提供完整的源程序，帮助用户加快设计进程。并可基于当前 设计进行修改，以满足用户新的设计需求。

图2. MAXREFDES147#输入配置

图2. MAXREFDES147#输入配置

MAXREFDES146#：4通道、通用模拟电压/电流输入

MAXREFDES146#支持4路模拟电压（0-10V）、模拟电流（0-20mA） 输入，以及2线、3线、4线制传感器测量。提供电源和数据 （2.75kVRMS）隔离。板卡模拟前端由超摆幅模拟开关、精密运放 以及24位ADC （MAX11270）组成，通过STM32F1微控制器实现电 压/电流及传感器输入配制与切换、采样及数据收集。ADC采样数 据存储在内部SRAM，用户通过终端程序读取采样数据或执行系 统校准，并可利用第三方软件进行数据分析。所有控制信号通过 MAX7317 SPI-GPIO扩展器发送，MAX7317与MAX11270 ADC共 用SPI接口。整块板卡尺寸为5cmx10.6cm，功耗低于500mW。适 用于工业PLC等任何高精度测量应用。原理框图如图3、图4所示。

图3. MAXREFDES146#原理框图

图4. MAXREFDES146#模拟通道框图

关键特性

高精度（参见误差测试曲线）

0至+10V电压输入

0至20mA电流输入

4通道输入，每通道可分别配置成电压或电流输入

数字控制模拟开关

24V输入保护

电源和数据隔离

系统校准，校准数据保存在Flash

连接器提供24V输出，并可使能或关闭24V输出

提供驱动和C程序代码

典型应用

工业控制与自动化

过程控制

PLC

表2. MAXREFDES146#供电需求

电源类型输入电压（V）输入电流（MA， 典型值）

板上隔离电源2420

注：STM32和FTDI由USB供电

图5. MAXREFDES146#输入配置

MAXREFDES146#电压测量误差曲线，FLUKE 725S输出0V—10V电压@25°C

MAXREFDES146#电流测量误差曲线，FLUKE 725S输出0mA—20mA@25°C

审核编辑：郭婷