Журнал "Новости Электроники", номер 15, 2007 год.Микросхемы MAXIM в системах промышленной автоматики
Типовая схема модуля аналогового ввода приведена на рис. 1. Модуль имеет один или несколько аналоговых входов и цифровой выход. Как правило, модуль рассчитан на определенный тип аналоговых сигналов. Тип аналоговых сигналов определяется физическими особенностями датчика и наличием в нем первичного измерительного преобразователя (например термосопротивление или датчик с выходом «токовая петля (4...20) мА»). Цифровой выход - это, чаще всего, последовательный интерфейс для подключения к общей шине обмена информацией между модулями ввода, модулями вывода и центральным вычислителем. В качестве интерфейса могут использоваться стандарты RS-485, CAN и другие. Модуль аналогового вывода (рис. 2) может иметь токовый выход (как правило, не более ±20 мА) и/или выход напряжения (например ±10 В).
Усиление
Первым активным элементом на пути сигнала от датчика в типовом модуле аналогового ввода является инструментальный усилитель. Он служит для подавления синфазной помехи и усиления. MAX4460/1/2 - инструментальные усилители с оригинальной нестандартной внутренней структурой имеют очень низкий входной ток (1 пА) и эффективное подавление синфазной помехи (120 дБ), в том числе и для входных сигналов ниже нуля на 100 мВ (при однополярном питании). MAX4194-7 - семейство прецизионных инструментальных усилителей с классической (из трех ОУ) внутренней архитектурой. Входной сигнал может быть ниже нуля на 200 мВ. Уровень напряжения смещения не превышает 75 мкВ, а температурный дрейф напряжения смещения 0,5 мкВ/°C
(оба параметра входные, типовые значения, при коэф. усиления 10). Усилить и/или буферизировать сигнал можно также с помощью операционных усилителей (см. табл. 1).
| Наимено- вание | Напр. питания (ток потр., тип.), В | Входной ток, макс., нА | Напр. смещения, прив. ко входу, макс., мкВ (дрейф, макс.) | Плотность Э ДС шума, прив. ко входу, н В/ÖГц, (f = 1 кГц) | Частота единич- ного усиле- ния, МГц | Особенности |
|---|---|---|---|---|---|---|
| MAX4236/7 | 2,4...5,5 (350 мкА) | 0,5 | 20 (2 мкВ/°C) | 14 | 1,7; 7,5 | Ультрапрецизионный, Rail-to-Rail выход |
| MAX4238/9 | 2,7...5,5 (600 мкА) | 0,001, тип. | 2 (0,01 мкВ/°C) | 30 | 1; 6,5 | Ультрапрецизионный, оригинальная схема автокомпенсации смещения и шума 1/f |
| MAX4249-57 | 2,4...5,5 (420 мкА) | 0,1 | 750 (0,3 мкВ/°C, тип.) | 8,9 | 3; 22 | Малошумящий, ультралинейный, Rail-to-Rail выход |
| MAX4475-78/88/89 | 2,7...5,5 (2,5 мА) | 0,15 | 350 (6 мкВ/°C) | 4,5 | 10; 42 | Малошумящий, ультралинейный, Rail-to-Rail выход |
| MAX410/2/4 | ±2,7...±5,25 (2,5 мА) | 150 | 250 (1 мкВ/°C, тип.) | 2,4 | 28 | Малошумящий |
Коэффициент усиления очень удобно задавать с помощью прецизионных делителей напряжения MAX5490/1/2 или цифровых потенциометров. Недорогие микросхемы цифровых потенциометров MAX5427-9 и MAX5527-9 оснащены однократно программируемой энергонезависимой памятью положения движка и имеют 32 и 64 шага регулирования соответственно. MAX5128 сохраняет последнее положение движка в энергонезависимой памяти и имеет 128 шагов регулирования. Сдвоенные 10-битные (1024 положения) цифровые потенциометры MAX5494-9 также имеют энергонезависимую память последнего положения каждого движка и могут быть использованы для точной подстройки коэффициента передачи и «нуля» напряжения сдвига. У всех делителей и потенциометров типовой температурный коэффициент не превышает 5 ppm/°C при потенциометрическом включении.
Главная микросхема модуля аналогового ввода. Ее выбор зависит от целого ряда требований, который не ограничивается типом аналогового сигнала. Аналоговый модуль может быть многоканальным и при этом осуществлять одновременное сэмплирование нескольких входных сигналов. Такая задача под силу только специализированному АЦП (см. табл. 2).
Таблица 2. Специализированные АЦП Maxim для систем промышленной автоматики| Тип измерения или входного сигнала | Особенности | АЦП |
|---|---|---|
| Напряжение и/или ток | Измерение напряжения до ±10 В и/ или тока до ±20 мА | MAX1286-9 - 12 бит, до 150 тыс. изм. в секунду, дифференциальный вход (MAX1288/9) MAX1393/6 - 12 бит, до 312,5 тыс. изм. в секунду, дифференциальный вход (MAX1393) |
| Температура | Очень малое входное напряжение (40,7 мкВ/°C для термопары типа K) | MAX1400-3 - 18 бит сигма-дельта, до 4800 изм. в секунду, многоканальный, возбуждение термосопротивления (MAX1402/3) MAX1415/6 - 16 бит сигма-дельта, до 500 изм. в секунду, 2 дифф. входа, встр. генератор MX7705 - 16 бит сигма-дельта, до 500 изм. в секунду, 2 дифф. входа |
| Контроль электрических сетей, системы управления двигателями | Одновременное сэмплирование нескольких каналов. Большой динамический диапазон (для контроля электрических сетей) | MAX11040* - 24 бит сигма-дельта, до 64 тыс. изм. в секунду, 4 дифф. входа с одновременным сэмплированим (каскадирование до 32 входов), возм. подачи отриц. напряжения, встр. генератор и ИОН MAX1316-8, MAX1320-6 - 14 бит, до 526 тыс. изм. в секунду, до 8 входов с одновременным сэмплированим, возм. подачи отриц. напряжения (MAX1320-6), встр. генератор и ИОН MAX1304-6, MAX1308-14 - 12 бит, до 1075 тыс. изм. в секунду, до 8 входов с одновременным сэмплированим, возм. подачи отриц. напряжения (MAX1308-14), встр. генератор и ИОН MAX1377/79/83* - 12 бит, до 1800 тыс. изм. в секунду, 2 дифф. входа с одновременным сэмплированим, возм. подачи отриц. напряжения (MAX1383), встр. ИОН MAX1378/80/84* - 10 бит, до 1800 тыс. изм. в секунду, 2 дифф. входа с одновременным сэмплированим, возм. подачи отриц. напряжения (MAX1384), встр. ИОН |
| * - готовятся к выпуску. | ||
Источник опорного напряжения
Для систем промышленной автоматики, как правило, ключевым параметром является температурная и временная стабильность выходного напряжения. Семейство микросхем MAX6101-8 имеет максимальный температурный дрейф не более 20 ppm/°C, а ИМС MAX6033 является самым точным в отрасли источником опорного напряжения в корпусе SOT-23 с максимальным температурным дрейфом не более 7 ppm/°C. Ультрапрецизионный малошумящий источник MAX6126 имеет размах напряжения шумов 1,45 мкВ в диапазоне частот от 0,1 Гц до 10 Гц (при выходном напряжении 2,5 В) и максимальный дрейф выходного напряжения 3 ppm/°C. При этом типовое значение этого параметра составляет 0,5 ppm/°C в диапазоне температур от -40°C до 85°C.
Широкий спектр задач позволяют реализовать цифро-аналоговые преобразователи фирмы Maxim. Прецизионные 16-битные ЦАП MAX5441-4 имеют максимальный ток потребления 200 мкА и время установки выходного напряжения 1 мкс. Недорогие 16-битные ЦАП MAX5200-3 оснащены встроенным источником опорного напряжения и выходным буфером и имеют время установки выходного напряжения 25 мкс. 12-битные ЦАП MAX5352/3 так же имеют встроенный выходной буфер. Все указанные микросхемы ЦАП поставляются в миниатюрном корпусе mMAX.
Имеются и многоканальные изделия. 12-битные ЦАП со встроенным выходным буфером и с максимальным временем установки выходного напряжения 3 мкс MAX5290/1, MAX5580/1 и MAX5590/1 имеют соответственно 2, 4 и 8 цифроаналоговых преобразователей на одном кристалле.
Интересен готовящийся к выпуску специализированный 16-битный ЦАП MAX5661. Эта микросхема представляет собой интегральное решение для реализации токового выхода (0...20 мА) или выхода напряжения (±10 В) по схеме с компенсацией сопротивления соединительных проводов. Управление осуществляется по последовательному интерфейсу SPI/QSPI/Microwire. Реализована возможность индикации аварийного режима (обрыв токовой петли или короткое замыкание выхода напряжения) и асинхронного обнуления или загрузки предустановленного значения.
Другие микросхемы
- MAX4506, MAX4507 - микросхемы защиты соответственно трех и восьми аналоговых входов от попадения напряжения до ±40 В.
- MAX4508/9 - микросхемы мультиплексоров (8:1 и 2x4:1) с защитой входов от попадения напряжения до ±40 В.
- MAX3202E-8E - микросхемы защиты до 6 сигнальных линий (аналоговых или цифровых) от статического электричества до ±15 кВ (Human Body Model).
- MAX13202E/4E/6E/8E - микросхемы защиты до 8 сигнальных линий (аналоговых или цифровых) от статического электричества до ±30 кВ (Human Body Model).
- DS600 - аналоговый датчик температуры с максимальной погрешностью измерений ±0,75°C в диапазоне температур от -40°C до 125°C.
- MAX6323/4 - супервизор микропроцессора и «оконный» Watchdog таймер.
- MAX6746-53 - супервизор микропроцессора и «оконный» Watchdog таймер с возможностью устанавливать время срабатывания выбором внешних конденсаторов.
- MAX5033, MAX5035 и MAX5090 - DC/DC понижающие преобразователи с входным напряжением до 76 В и выходным током соответственно 0,5 А, 1 А и 2 А.
- MAX253/6, MAX845 - драйверы трансформатора для реализации гальванической развязки.
- MAX13487E/8E - микросхемы приемопередатчиков интерфейса RS-485 с функцией AutoDirection, позволяющей обходиться без сигнала управления Driver Enable.
- MAX13050-4 - микросхемы приемопередатчиков интерфейса CAN с защитой интерфейсных выводов от попадения напряжения до ±80 В и с функцией Autobaud (MAX13051), позволяющей микропроцессору определять скорость передачи данных в сети без нарушения ее работы.
Дополнительную информацию и более подробные технические характеристики указанных микросхем можно найти на сайте: http://www.maxim-ic.com/.
