兼容HART的PLC/DCS四通道电压、电流输入

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评估和设计支持


电路评估板

CN-0368评估板(EVAL-CN0368-SDPZ)


系统演示平台(EVAL-SDP-CB1Z)


设计和集成文件

原理图、布局文件、物料清单


电路功能与优势


图1所示紧凑型双芯片电路提供非接触式各向异性磁阻(AMR)测量解决方案，可用于角度或线性位置测量。该双芯片系统在180°范围内具有优于0.2°的角精度，在0.5英寸范围内具有2 mil(0.002英寸)线性精度，具体取决于所用磁体的尺寸。




该电路适用于高速、高精度、非接触式角度和长度测量关键型应用，比如机床速度控制、起重机角度控制、无刷直流电机和其他工业或汽车应用。



电路描述


ADA4571是一款各向异性磁阻(AMR)传感器，集成信号调理放大器和ADC驱动器，以及用于温度补偿的温度传感器。ADA4571产生两路模拟输出，指示周围磁场的角位置。ADA4571集成一个AMR传感器和一个固定增益(标称值G = 40)仪表放大器。ADA4571可提供有关旋转磁场角度的干净且经过放大的余弦和正弦输出信号。T输出电压范围与电源电压成比例。




传感器含有两个互成45°角的透磁合金惠斯登电桥。x-y传感器平面的旋转磁场提供两路正弦输出信号，且传感器与磁场方向的角度(α)频率翻倍。在x-y平面的均质场内，输出信号与z方向(气隙)的物理位置无关。




正弦和余弦输出端的输出电压摆幅范围为7% VDD至93% VDD。有两个诊断频段(VDD的0%至7%和VDD的93%至100%)，因而可向所有内部连接提供焊线断开检测。ADA4571采用8引脚SOIC封装。




VSIN和VCOS输出的输出阻抗为50 Ω，采用外部10 nF电容时组成318 kHz噪声滤波器。




AD7866是一款双通道、同步采样、12位、1 MSPS SAR ADC。RANGE引脚的极性确定模拟输入范围和输出编码。如果片选信号变为低电平时该引脚连接逻辑高电平，则下次转换的模拟输入范围为0 V至2 × VREF(0 V至5 V)，为ADA4571 AMR传感器的0.35 V至4.65 V信号提供大约350 mV裕量。




将REFSEL引脚连接至低电平可配置ADC使用内部2.5 V基准电压源。VREF引脚提供该电压，但将其用于系统的其他位置前必须先使用缓冲器。DCAPA引脚和DCAPB引脚采用470 nF电容去耦，确保ADC正常工作。




AD7866同步采样传感器的两个通道。数字字通常在DOUTA和DOUTB端提供。每个数据流包括1个前导零，随后是3个状态位，再加上12位转换数据。然而，保持CS引脚为低电平并持续额外16个时钟周期，则两个数字字均可从一个通道(DOUTA)获取。因此，SPI接口允许在一条数据线路上访问两个通道。




AD7866的两个ADC输入均带有双通道多路复用器。A0输入引脚上的逻辑0允许A1和A2输入端转换，而A0输入引脚上的逻辑1允许B1和B2输入端转换。ADA4571的温度传感器输出连接AD7866的B1输入，并允许对系统进行软件温度校准。




磁阻(MR)理论


磁阻是存在外部磁场时，材料改变其电阻值的能力。最常用的MR传感器基于AMR技术。




AMR效应示例如图2所示。电流(I)流过导体，受外部磁场(HY)影响。导体电阻的变化与磁化矢量(M)和电流矢量(I)之间的角度(Ø)成函数关系。磁化矢量是内部磁场(HX)与施加的外部磁场(HY)的净求和结果。




当磁化矢量(M)与电流矢量(I)平行时，具有最大电阻。当磁化矢量(M)与电流矢量(I)垂直时，具有最小电阻。




有效利用AMR效应要求导体自身必须对机械应力材料不敏感，但对磁约束敏感。由于这些原因，透磁合金(80%镍，20%铁)是AMR传感器制造中最常用的合金。透磁合金属性




透磁合金条有两个属性，创建角度测量系统时会具有设计挑战性。




首先，透磁合金具有较窄的线性工作区(见图3)。仅当磁化矢量(M)和电流矢量(I)之间的角度(Ø)变大时，响应才是线性的。不幸的是，线性响应不久后透磁合金就会饱和。

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