AD694集成电压电流转换芯片中文资料

1、总第37卷第419期2000年第11期Vol.37 No.419Nov. 2000Electrical Measurement & hnUrumuMaliuH电测与仪衣电压/电流转换器AD694原理及应用付金龙，朱林剑（大连理工大学机械学院，辽宁 大连116023）摘要：介绍了美国Analog Device公司生产的电压-电流转换器AD694的主要特点、管脚 功能、工作原理、使用方法及应用。关键词：电压/电流转换器：4mA偏置电流：接口中图分类号:TN624文献标识码：B文章编号：1001-1390（ 200（） 11 -0051 -03The principle and applic

2、ations of the V/I converter AD694Fu JiiilongtZhu Linjian(Machinery College of Dalian University of Technology,Liaoning Dalian 116023,China)Abstract： This paper introduces the features.the functionsjhe operating principle and the applications of the V/I converter AD694 which is produced by the Analog

3、 Device Co. U.S.A.Key words： V/I converter： 4mA offset cuiTent: interface1994-2007 China Academic Journal Electronic Pub抑hing House. All rights reserved, 总第37卷第419期2000年第11期Vol.37 No.419Nov. 2000Electrical Measurement & hnUrumuMaliuH1994-2007 China Academic Journal Electronic Pub抑hing House. All

4、 rights reserved, 总第37卷第419期2000年第11期Vol.37 No.419Nov. 2000Electrical Measurement & hnUrumuMaliuHVos ADJAD6943 Vos ADJ53 BW ADJ13 viBOOSTUl loutALARM4mA ON/OFF0前言AD694 &一种单片电压-电流转换器（以下简 称V/I）。它将输入电压倍号转换成标准的420mA 电流信号可广泛应用于压力、流鼠、温度等信号的 参数传递和对阀、调节器以及过程控制中一些常用 设备的控制。它具冇输入缓冲放大器、V/I转换电 路、4mA电流偏冕及

5、t选通和微调电路、参考电爪 电路、输入最程选择端、开路和越限报警输出端，功 能较强，使用时不接或只接很少的外部元件。它能达 到0.002%的非线性度，精度高，U抗干扰性强，是 过程控制、工业口动化和系统监测等领域中取代分 立元件设计的一种理想集成电路。1 AD694芯片的主要特点和管脚功能AD694的主要特点：1）工作电压范围：+4.5 V+36 V ；2）输入范用：02V或010V；3）输出范围：420mA 或 020mA:4）输出端承受电压能力强，且能承受负电压，最 高承受人-2V,最低承受人-36V；5）具有输出开路或越限报警功能；6）可与电流输出型D/A转换器肖接配合使用， 实现程控电

6、流输出；7）输出端可外接晶体管，这种方法降低芯片本fbU -sigE +sigG 2V FsQ com G 4mA ADJ E iov(force)E 2V(SENSE)C&图I AD694引脚图身功耗，扩大使用的温度范閑；8）器件提供16脚陶瓷和塑料SIOC封装形式， 使用温度范|料：-40%：+85无；还提供16脚塑料DIP 封装形式，使用温度范围：0弋+70弋oAD694的引脚图如图1所示。AD694的各引脚详细功能如表1所示。表1AD694齐引脚功能引脚名称功能1EB缓冲放大器输出引脚.输入信号一股不娈直接加在该引脚上.2-Sl(；缓冲放大器的负输入引脚.3+S1C缓冲放大号的

7、正输入引脚42V FS输入虽程选择引脚。接地：02¥：悬空：0IOV5COM公共瑙。64m.A ADJ4mA偏置电流微调竭.该引脚上电压不允许超过IV.1994-2007 China Academic Journal Electronic Pub抑hing House. All rights reserved, 总第37卷第419期2000年第11期电测与仪农EleclHcal Measurement & InstiunientationVol.37 No.419Nov. 2000(续表1)7IOV(EoKCE)10V参舟电压输出端。采用ov参考电压时, 要求电源电压大于12

8、.5Ve82V(SENSE)2V参考电金输岀端。脚7与脚8短接时， 得到2V参右电压.采用2V参占电压时.要求电源电压+4.5V+36V91mA ON/OFF4niA偏匱电流选通瑙。接地，输出420mA: 按M3V电压，输出0-20mA.10AI.ARM输出开路或越限(脚II电压髙F VS-2VHRW 端报警时，引脾被拉低，最大灌入电流20mA11lout电流输出瑞.使用外接NPN晶体管输出时, 接品体管基极。12BOOST增乐引脚.便用外接NPN晶体管输出时, 通过500电阻与骷体管集电极串接, 否则恳空.13Vs电源.+45+36V°14BW ADJ册卩端。©脚13、1

9、4之接适当电容与内 部900(2电阳构成低通濾波.15Vos ADJ输入缓冲放大器偏登调节端。16Vos ADJ同上.2 H11路原理A 1)694的功能框图如图2所示。该框图可以分 成三部分。第一部分是输入缓冲放大器：第二部分是 V/I转换器：第三部分是偏置电流和参考电压发生2.1输入缓冲放大器缓冲放大器采用单电源供电，它既可作为单位 增益的输入缓冲器，又可通过调整增益來放人输入 信号，还可作为电流输出方式D / A转换器的输出缓 输入010V信号为例，说明V/I转换过程。如图2 所示，放大器A?将FB(脚1)上的电压(010V)加在 &和伦上，产生00.8mA电流。电流是经电源匕、

10、 电阻他(900(2)、达林顿管Q?、电阻弘(2.5K)、& (10K)流向公共端(引脚5)的，放大器A3又使& (9000)、他(45Q)并联，二者流过的电流比足电阻比 的倒数，这样流经心的电流足流经心的电流的20 倍,得到的电流为016mA°ill以上可知，输出电流/out= 20xK(,j|j i/()当输入02V信号时，需将输入诡程选择端 2VFS(引脚4)接地，这时相当于上式中R2等于0, 仍得到0-16mA的输出电流。2.3 4mA偏置电流发生器这部分电路从参考电压中収出恒定电压值 (1.220V),转换成200|iA的恒流信号，在引脚14处 与输入信号叠

11、加，经过电流镜像放人20倍后，输出 端始终冇恒定的4mA偏置电流o4mA ADJ(引脚6) 是4mA偏置电流微调端,能够在24.8mA范围内 对偏置电流进行微调。4mA ON/OFF(引脚4)能够 对4mA偏置电流进行选通，接地时，冇偏置电流;接 大于或等于3V电压时，取消偏置，输出020n】A电 流，但此时输入电爪信号的疑程要増加25%,即0-2. 5V或0125V,最小供电电压分别为+5V和+15Vo3 AD694的使用表2列出了 AD694的端子慕本接线方法。卜面 是AD694的一些使用方法，可以作为参考。表2 AD694端子接线表输入晟程输出范围参考电压Vs最小值引脚9引脚4引脚802

12、V420inA2V4.5V引脚5引脚5引脚7010V4-20mA2V12.5V引卿5恳空引脚7025V020mA2V5.0V>3V引脚5引脚70-12.5 V020i»A215.0VM3V恳空引抑702V4-20mA10V12.5 V引脚5引脚5恳空010V420mA10V12.5 V引脚5悬空悬空025V020mA10V12.5VM3V引脚5悬空0-12.5 V020mA10V15.0VM3V悬空悬空总第37卷第419期2000年第11期电测与仪农EleclHcal Measurement & InstiunientationVol.37 No.419Nov. 200

13、0冲器。缓冲放大器的输入端能承受负的几百毫伏到-2.5V的共模电压，输出端FB(引脚1)电压范围3.1 4mA偏置电流调零偏置电流能够在2mA4.8mA范围内调节,调总第37卷第419期2000年第11期电测与仪农EleclHcal Measurement & InstiunientationVol.37 No.419Nov. 2000是 lmV-Vs-2.5Vo2.2 V/I转换器缓冲放大器输出的电压信号经放大器A?转换 成00.8mA的电流信号，再经电流镜像放大20倍 后变成016mA的电流信号。这种电流镜像方法能节的电路图如图3所示。图中心和心的阻值山公 式(1).(2)决定。X

14、为调节范围，即所需最大调节量与 4mA的比值：Vref是选择的参考电压值，10V或2Vo /?P=180n(l/X-4.5)(I)心二500Q(幻曲/1.220 )-0.18-0.82¥x l/X-4.5 总第37卷第419期2000年第11期电测与仪农EleclHcal Measurement & InstiunientationVol.37 No.419Nov. 2000ki.使输出端(引脚11)驱动高达Vs-2V的快载。卜川i以1994-2007 China Academic Journal Electronic Pub施hing House. All rights r

15、eserved.总第37卷笫419期2000年第11期Vol.37 No.419Nov. 2000Electrical Measurement & hndrumcmaliuH电测与仪表1994-2007 China Academic Journal Electronic Pub橘hing House. All rights reserved, 总第37卷笫419期2000年第11期Vol.37 No.419Nov. 2000Electrical Measurement & hndrumcmaliuH1994-2007 China Academic Journal Electro

16、nic Pub橘hing House. All rights reserved, 总第37卷笫419期2000年第11期Vol.37 No.419Nov. 2000Electrical Measurement & hndrumcmaliuHZ- 10V FORCE& 2V SENSEAD6945kja<4inAl COM!6 4mA ADJ他汙(2.75K(lxX)/(1-O.275X)FB -SIGAD6942V FS COM图5 2V满刻度调整图3 4mA偏置电流调零实际选取时，两电阻可以按比例取相近的比较 方便的阻值，但注意可能对调整范围的大小冇一些 影响。3.2输

17、入10V满刻度调整10V满刻度调整可采用图4所示电路。这个电 路不会对4mA偏置电流有影响。心和他的阻值按 公式(3).(4)选取找表示输出电流最大调格最与输 出范围(16mA)的比值。KF1.8Kfl(l-X)/X(3)他二 9KQ 1-0.2( 1+X)( 1X)/2X(4)1 l?B AD6942V FS COMRS图410V满刻度调整3.3输入2V满刻度调密111于内部电路的不同,2V满刻度调幣采取不同 于10V满刻度调整的电路，如图5所示。梵中，要求 心大于5 KQ，Sc值由公式(5),(6)决定，X表示输出电流瑕大调整量与输出范闌(16mA)的比值。心二 2XK4(5)(6)3.4

18、输入最程的调榕AD694预先设定的输入信号是010V或0 2V,当输入不是这两种信号时，可以肓接应用 AD694进行输入最程的调無，调整的方法有两种。 第一种是调节输入缓冲放大器的增益，具体方法是 把+SIG(引脚3)作为输入端，右TI脚1、2 Z间接反馈 电阻，在引脚2.5 Z间接一电阻，两电阻与缓冲放大 器儿构成正端输入比例运算放犬器。要说明的是， 当输入信号最大值介于210V之间时,2VFS悬空, Vsl2.5V；当输入倍号最大值介于02V时,2VFS 接公共端，Vs=+4.5V+36V。第二种方法是调节71 转换器的跨导，在K2两端(引脚4、5)之间并接电 阻，此时/out=20xV(

19、引脚1 )/(&+心K并)，可见， 并联适当电阻后输出016mA。采用第二种方法时, AD694供电电压要比输入信号至少大2.5V,这是内 部放大器正常工作所需要的。例如，输入05V倍 号,供电电压最低7.5Vo3.5缓冲放大器偏置调节A D694缓冲放大器的输入电压偏置在芯片制 n :时己经调整的I f常精确了，如果需要，可按图6的 方法调格，调榕幅度超过±2.5mV o这种调整方法将 影响偏置电流，因为它将带来缓冲放大器的漂移，大 约每偏置300RV会漂移l|xVZ,所以建议少用。AD694Vbs ADJ COM5图6放大器A】偏置调节3.6驱动非阻性负载AD694驱动阻

20、性负载，输出很稳定，驱动感性 或不确定性负载时，要在输出端与共端之间接一 0. OljiF电容，如图7所示。另外，要加两个保护二极 管，防止负载电压过高或过低时损坏芯片。Vs 11冬COM或V-图7驱动非阻性负载4 AD694的应用AD694很容易与电流输出方式的DAC实现接 口，图8所示的是AD694与AD566A相连，实现数 字最到420mA模拟最的转换。具中,AD694设成 010V输入，它的10V参考电压AD566A正好需 要。AD694缓冲放大器利用A 1)566A的内部电阻 将DAC输出的电流转换成010V电爪送给V/I转 换器。100(1可变电阻对AD566A进行满刻度调整。 1

21、0PF电容用于DAC输出电容补偿。这个电路需要 注意的是,AD694引脚3、9和AD566A引脚3、7的 接地连线尽可能短，且靠近AD694单点接在C0l 脚上。(下转第50页)1994-2007 China Academic Journal Electronic Pub橘hing House. All rights reserved, 总第37卷笫419期2000年第11期电测与仪表Electrical Measurement N InlrumvnlalionVol.37 No.419Nov. 2000250ms,此时输出端均箝位到0V。另外可通过软件 编程或硬件电路给CAK H校准脚）提供

22、一正脉冲 实现。4.5 VREF亦使用VREFr为高阻输出端，当用作参考电压时应 经缓冲输出。即PAC块的输入浮置而0A1的反馈 允许闭合，此时PAC块的两个差分输出端均为 佇2.5 V。但是不能短接此两脚，因为二者之间存在小电位差，短接后可造成无谓耗电。5开发环境ispPAClO的开发环境PAC-Designer是基于 Windows的非常易于使用的设计软件。在此环境K 可作设计的图形输入、内部连接、参数设定（增益、 极性、电容、反馈允许等）。开发软件中包含一些独 立程序称为电路生成宏，经用户设定参数后可自动 转化为配置原理图。另夕卜，PAC-Designer中还有一 个配置电路库，库中包含

23、卑本应用电路与技巧性高 级电路实例，利用此库会使新设计简捷有效。仍真 器能显示四个独芷输入/输出响应的增益/相位图, 它既能直观显示电路性能，又方便设计者读取数 据。PAC-Designer支持器件编程，通过PC并行1/0 和一条下载电缆连至ispPAClO的小行编程口实 现。6典教应用ispPAC 10的输入、输出全差分结构和高增益 （080（IB）性能，使它非常适合作仪器、仪表测帚。F 而给的是它用于测温电桥信号放大的典世应用实 例，电路增益为10倍或100倍可选。根据传感器儿V 1994-2007 China Academic Journal Electronic PabMhing House. All rights reserved.总第37卷笫419期2000年第11期电测与仪表Electrical Measurement N InlrumvnlalionVol.37 No.419Nov. 20000UT20UT1（儿）的大小，合理选择&、為 的值（一般地，尺2二尺日H，使 V>VH满足ispPAClO的输入 电压范围要求（图5）。参考文献：1 ispPAC Handbook CD.Lattice Semiconductor Corporation ,2000（3）.2 张裕民等.数.阳址仪表原理 与