双路4-20mA直流模拟量输出装置制造方法及图纸

双路４－２０ｍＡ直流模拟量输出装置是一种基于ＦＰＧＡ控制的双路４－２０ｍＡ直流模拟量输出装置，区别于通过主ＣＰＵ以ＳＰＩ口控制单片ＤＡＣ芯片的电路。该电路可以通过ＦＰＧＡ的ＩＯ口模拟双路ＳＰＩ通信线，将主ＣＰＵ给出的并行数字信息转成ＤＡＣ要求的串行数字流输出，实现４－２０ｍＡ的直流模拟量输出。该装置由高速光隔离器（１）、数／模转换器（２）、运算放大器（３）、电压基准源（４）组成；其中，高速光隔离器（１）、数／模转换器（２）、运算放大器（３）顺序串联连接，电压基准源（４）分别与数／模转换器（２）、运算放大器（３）连接，高速光隔离器（１）的输入端为本装置的输入端，运算放大器（３）的输出端为本装置的输出端。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

Two way 4-20mA DC analog output device

Dual 4 20mA DC analog output device is a 4 20mA DC analog output device based on dual FPGA control circuit, from CPU to SPI port through the main control chip of monolithic DAC. This circuit can simulate the dual SPI communication line by FPGA IO, the parallel digital information into serial digital output of the main requirements of DAC flow given by CPU, DC 4 - 20mA analog output. The device is composed of a high-speed optical isolator (1), DAC (2), (3) operational amplifier and voltage reference source (4); among them, high speed optical isolator (1), DAC (2), operational amplifier (3) sequentially connected in series, the voltage reference source (4) with the DAC (2), operational amplifier (3) connected, high-speed optical isolator (1) input end of the device, the operational amplifier (3) output end of the output end of the device.

【技术实现步骤摘要】

本技术是一种基于FPGA控制的双路4-20mA直流模拟量输出装置， 区别于通过主CPU以SPI 口控制单片DAC芯片的电路。该电路可以通过FPGA 的10 口模拟双路SPI通信线，将主CPU给出的并行数字信息转成DAC要求 的串行数字流输出，实现4-20mA的直流模拟量输出。属于电力自动化装置制 造的

技术介绍
在电力系统中，特别在发电厂电气监控系统中，主控室需要监视远方现场 的一到多路模拟量，往往采用体积大、重量重、成本高的变送器将该模拟量转 换成4-20mA的直流量送至主控室。既占用厂站用地，又增加变送器投资，同 时给维护带来不便。本技术利用FPGA (现场可编程门阵列)器件的强大功能，将主CPU 的并行数据转换成DAC所需的串行数据流，并模拟产生合适的时钟脉冲，控 制DAC输出相应的电压，经调理后输出4-20mA的直流模拟量。
技术实现思路
技术问题本技术的目的是提供一种双路4-20mA直流模拟量输出装 置，替换传统的变送器方式，获得远方所需的高精度、损耗少、抗干扰好的 4-20mA直流模拟量。同时最大限度地降低主CPU的工作负荷、简化程序设计、 降低硬件成本。技术方案为了实现以上目的，本技术由高速光隔离器、数/模转换 器、运算放大器、电压基准源组成；其中，高速光隔离器、数/模转换器、运 算放大器顺序串联连接，电压基准源分别与数/模转换器、运算放大器连接，高 速光隔离器的输入端为本装置的输入端，运算放大器的输出端为本装置的输出端。与上级电路连接的通信线接高速光隔离器即光隔离电路"U6"的输入端， 光隔离电路"U6"的输出端连接至数/模转换器即第一数/模转换电路"Ul"的 通信端"SYN1、 SCLK、 DAIN"和第二数/模转换电路"U5"的通信端"SYN2、 SCLK、 DAIN";第一数/模转换电路"U1"的输出端经第一调理电阻、第二调理 电阻、第三调理电阻接入运算放大器即运算放大电路"U2"输入端"3"，运算 放大电路"U2"的输出端"6"经第一三极管驱动后输出4-20mA模拟量信号； 第二数/模转换电路"U5"的输出端经第八调理电阻、第九调理电阻、第十调 理电阻接入运算放大器即运算放大电路"U4"输入端"3"，运算放大电路"U4" 的输出端"6"经第二三极管驱动后输出4-20mA模拟量信号。本技术采用搭建电路的模式，用两片高精度DAC器件AD5660、两片低 噪声运算放大器AD8627AR、一片稳定性好的电压基准源ADR02BR加上少量的调 理器件实现。其上一级电路为现场可编程门阵列器件(FPGA)，控制两片AD5660 的SPI口接收数据源、AD5660根据收到的8bit命令码，控制转换随后收到的 16bit数字码为对应的电压信号，由电阻转换成0-16mA的电流信号由运放芯片 AD8627AR及分压电阻回路叠加4mA电流，得到4-20mA的输出。 有益效果整个装置具有如下特点a) 接口简单。两路4-20mA输出只需要4根控制及数据线。片选线各自分 开，时钟线及数据线复用。b) 精度高。回路输出经过调理、 一级三极管驱动、外部电压基准源，可 保证输出精度及稳定度优良品质。c) 成本低。相对于单片4-20mA转换DA器件，由于釆用多片器件搭建电 路对芯片设计、制造水平要求低，价格可以大大降低。附图说明图1是本技术的电路原理框图。 图2是本技术的电路原理图。 图3是本技术的控制流程图。图中有高速光隔离器l、数/模转换器2、运算放大器3、电压基准源4。具体实施方式图1及图2分别为本技术的电路原理框图和电路原理图。由高速光隔 离器l、数/模转换器2、运算放大器3、电压基准源4组成；其中，高速光隔 离器l、数/模转换器2、运算放大器3顺序串联连接，电压基准源4分别与数 /模转换器2、运算放大器3连接，高速光隔离器1的输入端为本装置的输入端， 运算放大器3的输出端为本装置的输出端。"SYN1、 SYN2、 SCK、 DAIN"为两路 数/模转换器件(AD5660)的SPI通信线，它们经光隔隔离后连到上一级的FPGA (现场可编程门阵列)的10腿上，FPGA通过拉低SYN1或SYN2来选择两片 AD5660中的一片，然后在AD5660的6腿(SCLK)上输出一定频率的方波信号， 以同步串行数据的输出(AD5660的7腿)，AD5660接收完完整的24bit命令码 及数据码后，输出相应的电压值，经电阻R1 (或R8)输出对应的电流值，与 一端接电压基准源的R2 (或R9)叠加后得到4-20mA电流后流经R3、 R4 (或 RIO、 Rll)后送出。与上级电路连接的通信线SPI接高速光隔离器1即光隔离电路"U6"的输 入端，光隔离电路"U6"的输出端连接至数/模转换器2即第一数/模转换电路 "U1"的通信端"SYN1、 SCLK、 DAIN"和第二数/模转换电路"U5"的通信端 "SYN2、 SCLK、 DAIN";第一数/模转换电路"U1"的输出端经第一调理电阻Rl、 第二调理电阻R2、第三调理电阻R3接入运算放大器3即运算放大电路"U2" 输入端"3"，运算放大电路"U2"的输出端"6"经第一三极管Q1驱动后输出 4-20raA模拟量信号；第二数/模转换电路"U5"的输出端经第八调理电阻R8、 第九调理电阻R9、第十调理电阻R10接入运算放大器3即运算放大电路"U4" 输入端"3",运算放大电路"U4"的输出端"6"经第二三极管Q2驱动后输出 4-20mA模拟量信号。以下为本技术所用的各器件的型号:器件标号功能名称器件型号Cl、 C2表贴电容X7R-63V-0603-0.1uC3、 C4表贴电容X7R-63V-0603-3卯pDl、 D2表贴二极管1N4007EC1、 EC2钽电容10uF/35VJl、 J2单排插针座5孔Ql、 Q2三极管2N3卯4Rl、 R8表贴电阻CR0603-1/8W-200KR2、 R9表贴电阻CR0603-1鍵-1MR3、 R10表贴电阻CR0603國1/8W-68KR4、 Rll表贴电阻CR0603-1/8W-2KR5、 R12表贴电阻CR0603-1/8W-1.2KR6、 R13表贴电阻CR0603-l鍵-3.3kR7、 R14表贴电阻CR0603-1缓掘R17-R20表贴电阻CR06O3-1/8W-200R21-R24表贴电阻CR0603-1/8W-330Ul、 U5数/模转换器AD5660ARJ-2500RL7U2、 U4运算放大器AD8627ARU3电压基准源ADR02BRU6光隔TLP28M权利要求1.一种双路4-20mA直流模拟量输出装置，其特征在于该装置由高速光隔离器(1)、数/模转换器(2)、运算放大器(3)、电压基准源(4)组成；其中，高速光隔离器(1)、数/模转换器(2)、运算放大器(3)顺序串联连接，电压基准源(4)分别与数/模转换器(2)、运算放大器(3)连接，高速光隔离器(1)的输入端为本装置的输入端，运算放大器(3)的输出端为本装置的输出端。2. 根据权利要求1所述的双路4-20mA直流模拟量输出装置，其特征在于 与上级电路连接的通信线(SPI)接高速光隔离器(1)即光隔离电路"U6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双路４－２０ｍＡ直流模拟量输出装置，其特征在于该装置由高速光隔离器（１）、数／模转换器（２）、运算放大器（３）、电压基准源（４）组成；其中，高速光隔离器（１）、数／模转换器（２）、运算放大器（３）顺序串联连接，电压基准源（４）分别与数／模转换器（２）、运算放大器（３）连接，高速光隔离器（１）的输入端为本装置的输入端，运算放大器（３）的输出端为本装置的输出端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：伍道勇，丁宁，杨晓松，过伟，仲伟，邵辰宇，
申请(专利权)人：江苏金智科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]