AD693：4 - 20 mA傳感器變送器的卓越之選

在工業(yè)自動(dòng)化、過程控制和系統(tǒng)監(jiān)測等領(lǐng)域，信號調(diào)理與傳輸至關(guān)重要。AD693作為一款出色的單片信號調(diào)理電路，能將各種傳感器的低電平輸入轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4 - 20 mA兩線電流環(huán)信號，為工程師們提供了強(qiáng)大而靈活的解決方案。

文件下載：AD693.pdf

一、AD693的特性亮點(diǎn)

1. 豐富的功能特性

• 前端儀表放大器：可緩沖和縮放低電平輸入信號，為后續(xù)處理做好準(zhǔn)備。
• 環(huán)路供電運(yùn)行：適用于兩線制應(yīng)用，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
• 預(yù)校準(zhǔn)輸入量程：通過簡單的引腳連接，可設(shè)置30 mV和60 mV的預(yù)校準(zhǔn)輸入量程，還能通過外部電阻實(shí)現(xiàn)1 mV至100 mV的其他量程。
• 獨(dú)立可調(diào)輸出量程和零點(diǎn)：支持4 - 20 mA單極性、0 - 20 mA單極性和12 ± 8 mA雙極性等標(biāo)準(zhǔn)輸出量程。
• 100 Ω RTD接口：提供六個(gè)預(yù)校準(zhǔn)范圍，方便與100 Ω熱電阻連接。
• 6.2 V參考電壓：可提供高達(dá)3.5 mA的電流，為傳感器激勵(lì)提供支持。
• 輔助放大器：未使用的輔助放大器增加了設(shè)計(jì)的靈活性，可用于額外的信號處理。
• 可選外部通晶體管：降低自熱誤差，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2. 高精度與可靠性

通過激光微調(diào)薄膜電阻，AD693在無需額外調(diào)整和校準(zhǔn)的情況下，就能實(shí)現(xiàn)高精度。在+25°C時(shí)，總未調(diào)整誤差小于滿量程的0.5%，在工業(yè)溫度范圍（ - 40°C至+85°C）內(nèi)小于0.75%，殘余非線性度低于0.05%。

二、AD693的工作原理

1. 功能模塊劃分

AD693的電路可分為三個(gè)主要功能部分：

• 儀表放大器前端：緩沖和縮放低電平輸入信號。
• V/I轉(zhuǎn)換器：將放大后的信號轉(zhuǎn)換為4 - 20 mA的環(huán)路電流。
• 電壓參考和電阻分壓器：提供應(yīng)用電壓，設(shè)置各種“活零點(diǎn)”電流。

2. V/I轉(zhuǎn)換器的工作機(jī)制

V/I轉(zhuǎn)換器的輸出NPN晶體管在高增益放大器驅(qū)動(dòng)下吸收環(huán)路電流。放大器的輸入來自匹配前置放大器輸出的差值，通過負(fù)反饋確保準(zhǔn)確的電壓 - 電流轉(zhuǎn)換。該階段的標(biāo)稱跨導(dǎo)為0.2666 A/V，75 mV的輸入信號可產(chǎn)生20 mA的滿量程輸出電流。

3. 電壓參考和分壓器的作用

穩(wěn)定的帶隙電壓參考和激光微調(diào)電阻分壓器為傳感器激勵(lì)和V/I轉(zhuǎn)換器提供預(yù)校準(zhǔn)偏移。4 mA和12 mA的抽頭對應(yīng) - 15 mV和 - 45 mV，連接到V/I轉(zhuǎn)換器的反相輸入可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的零點(diǎn)電流。

三、AD693的應(yīng)用與配置

1. 基本操作連接

在兩線環(huán)路供電模式下，實(shí)現(xiàn)0 - 30 mV輸入量程和4 - 20 mA輸出量程的基本操作，需要進(jìn)行最小化連接。若不用于外部激勵(lì)，6.2 V參考電壓應(yīng)加載約1 mA的負(fù)載。

2. 外部通晶體管的使用

將AD693的NPN輸出部分的發(fā)射極連接到用戶提供的NPN晶體管的基極，可將大部分功率耗散移至芯片外，提高性能、可靠性和工作溫度范圍。

3. 零點(diǎn)和輸入量程的調(diào)整

• 零點(diǎn)調(diào)整：通過將精密參考/分壓器網(wǎng)絡(luò)的適當(dāng)抽頭連接到V/I轉(zhuǎn)換器的反相端，可獲得所需的零點(diǎn)偏移值。也可通過上拉或下拉選定的零點(diǎn)抽頭，或制作單獨(dú)的分壓器來驅(qū)動(dòng)零點(diǎn)引腳進(jìn)行調(diào)整。
• 輸入量程調(diào)整：通過改變信號放大器的增益來調(diào)整輸入量程?？墒褂猛獠侩娮鑼?shí)現(xiàn)不同的量程，同時(shí)要考慮內(nèi)部電阻的公差和溫度系數(shù)。

4. 不同傳感器的接口

• 鉑電阻（RTD）：AD693專門配置用于接受100 Ω鉑電阻的輸入，通過引腳連接可實(shí)現(xiàn)六個(gè)預(yù)校準(zhǔn)溫度范圍。
• 稱重傳感器和金屬箔應(yīng)變計(jì)：片上電壓參考、輔助放大器和3 mA的激勵(lì)電流使AD693易于適配各種稱重傳感器和應(yīng)變計(jì)。
• 熱電偶：可與多種類型的熱電偶配合使用，通過冷端補(bǔ)償（CJC）實(shí)現(xiàn)不同測量溫度范圍的4 - 20 mA電流環(huán)輸出。

四、誤差預(yù)算分析

1. 環(huán)路供電操作規(guī)范

環(huán)路供電操作規(guī)范適用于30 mV、60 mV預(yù)設(shè)量程及兩者之間的量程?！罢`差組件”部分的參數(shù)可用于評估AD693在本地供電模式或小于30 mV量程時(shí)的性能。

2. 總誤差計(jì)算

通過計(jì)算零點(diǎn)和滿量程時(shí)的誤差貢獻(xiàn)，可得到總誤差。也可從總未調(diào)整誤差（TUE）開始，加上因負(fù)載電阻、環(huán)路電源電壓或共模輸入電壓不同而產(chǎn)生的誤差。

五、總結(jié)

AD693以其豐富的功能特性、高精度和靈活性，成為低電平信號調(diào)理和傳輸?shù)睦硐脒x擇。無論是在過程控制、工廠自動(dòng)化還是系統(tǒng)監(jiān)測等領(lǐng)域，AD693都能為工程師們提供可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)具體需求進(jìn)行靈活配置和調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。大家在使用AD693的過程中，有沒有遇到過一些特別的問題或者有獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享交流。