Isolieren eines analogen Eingangs mit ADC/DAC

Ich möchte einen analogen Eingang von Feldgeräten isolieren und an ein analoges SPS-Eingangsmodul anschließen. Der Eingang liegt im Bereich von 4-20 mA (1-5 V).

Es gibt einige Möglichkeiten, dies anzugehen, aber ich verfolge derzeit die Lösung wie unten gezeigt:

Lösungsvorschlag für analoge Eingangsisolation

ADC und DAC werden als Microchip MCP3221 bzw. MCP4725 vorgeschlagen .

Ein digitaler Isolator würde einen kleineren Platzbedarf haben als ein Opto-Isolator mit seinen begleitenden Komponenten und würde eine viel größere Leistung bieten. Mögliche Komponenten umfassen TI ISO7420FEDR und Analog Devices ADUM1200ARZ .

Nun zur eigentlichen Frage! Es ist ziemlich wichtig, beide Seiten isoliert zu halten, und ich frage mich, wie sich dies auf die ADC- und DAC-Verknüpfung auswirken wird.

Ich gehe davon aus, dass ich die Datenleitung (SDA) durch den digitalen Isolator senden kann, aber um den ADC und den DAC zu synchronisieren, benötigen sie ein gemeinsames Taktsignal. Wäre es eine schlechte Idee, die Uhr über den Digitalisolator zu senden? Wenn der digitale Isolator um ein Vielfaches schneller als die Uhr wäre, hätte er dann einen vernachlässigbaren Effekt in Bezug auf die Verzögerung?

Fehlende Informationen:

  • Nicht an I2C gebunden, wäre SPI auch geeignet
  • Isolation bis zu einem Minimum von 2,5 kV
  • Der ADC wird auf der „schmutzigen“ Seite mit Strom versorgt, sodass eine vollständige Isolierung vorhanden ist, nur die Daten-/Umwandlungssteuersignale müssen die Isolationsbarriere passieren
  • Die Auflösung sollte zwischen 10 und 16 Bit liegen, es ist kein bestimmter Wert erforderlich
  • Ein Konvertierungsdurchsatz von etwa 100 ksps wäre ausreichend
Wie viel Isolierung? dh welche Abstandsspannungen müssen Sie unterstützen können. Es kann nicht zu viel sein, da Sie den ADC mit Strom versorgen müssen, der vermutlich näher an der DAC-Stromversorgung liegt als das ursprüngliche Signal. Signalrate? Bit-Tiefe? Etc. etc. Ihnen fehlen hier einige sehr wichtige Informationen.
Beachten Sie, dass, wenn Ihr "digitaler Isolator" ein abgetastetes Gerät ist, das Jitter einführt, es Rauschen in die Konvertierung von Geräten einbringen kann, wenn dies vom Datentakt gesteuert wird, obwohl dies möglicherweise nicht ausreicht, um in Ihrer Anwendung eine Rolle zu spielen. Haben Sie den Einsatz von Spannungs-Frequenz- und Frequenz-Spannungs-Wandlern in Betracht gezogen?
Sie können diesen Link überprüfen, ich habe vor etwa 9 Monaten eine ähnliche Frage gestellt. electronic.stackexchange.com/questions/84091/…

Antworten (2)

Ehrlich gesagt sind SPI-Schnittstellen besser für die Isolierung geeignet als I2C. Sie können die Hauptuhr auf eine Frequenz einstellen, bei der das Timing zuverlässig funktioniert. I2C ist ein bidirektionaler Bus, der die Isolation zu einem Problem macht.

Wenn Sie darauf bestehen, isoliertes I2C zu verwenden, ist AN-913 von Analog Devices ein Anwendungshinweis, der veranschaulicht, wie:

Wenn ich einen analogen Signalisolator wie diesen bräuchte, würde ich einen ADC mit seriellem Ausgang wählen, der kontinuierlich laufen könnte, möglicherweise von einem lokalen Taktgenerator, der auch einen Umwandlungsimpuls erzeugt. Die Ausgabe, die ich erreichen möchte, ist: -

< 12-Bit-Konvertierung >< Lücke >< 12-Bit-Konvertierung >< Lücke >< 12-Bit-Konvertierung >

Dies könnte über einen einfachen Magnetkoppler übertragen werden (wie bei vielen ADI-Isolationsgeräten) und Sie könnten den seriellen Stream mit der "Lücke" wie den Stoppbits in einem asynchronen seriellen Stream mit einem kleinen billigen Mikroprozessor decodieren. Dies würde dann einen DAC speisen.

Ich denke, dass der Versuch, dies ohne eine Mikrosteuerung des DAC zu tun, zu Problemen führen könnte. Beginnen Sie zumindest mit einer Methode, die eine Chance auf Arbeit hat und leicht an verschiedene ADCs und DACs angepasst werden kann.

Ich wäre auch daran interessiert, dass der isolierte ADC-Teil ein Kabel mit angemessener Länge antreibt, damit der DAC-Teil in einiger Entfernung davon sitzen kann - dies würde es Ihnen ermöglichen, an der Quelle zu digitalisieren, anstatt das analoge Signal zu verschlechtern, indem Sie es an den "Konverter" übertragen ".

Nur ein paar Ideen.

Ich nehme an, der Mikroprozessor würde nur die grundlegendsten Funktionen benötigen, um die Konvertierung zu steuern, also ist es definitiv eine Option. Dies würde dies viel einfacher machen, aber die Anforderung an einen sehr kleinen Footprint bedeutet, dass die IC-Anzahl ziemlich niedrig gehalten werden muss. Es ist definitiv etwas, das man im Hinterkopf behalten sollte.
@JoshGreen1 Sie wären überrascht, was auf kleinem Raum zusammengepfercht werden kann - meine Firma stellt ein 16-Kanal-, 16-Bit-, 200-kSps-DAQ-Modul her, das seriell bis zu 300 m überträgt und 4" x 1" x 0,5" misst.
Isolieren eines analogen Eingangs mit ADC/DAC
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