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低漏电多路复用器在高阻抗PLC系统中是否重要?

一位任职于领先的可编程逻辑节制器(PLC制造商的年轻工程师满怀热心,正在设计一个可吸收来自高阻抗传感器输入的多通道24位模拟输入模块。他选择了德州仪器的24位Δ-Σ模数转换器(ADS125H02)、5-V基准电压和德州仪器的周详放大年夜器(OPA192)。

被选择多路复用器时,他有三种选项:一个是德州仪器的MUX36D04和两个来自其他供应商的多路复用器(MUX2和MUX3)。除了输入漏电流规格分手为1 pA、100pA和1 nA(25°C时的范例值)外,每一个多路复用器规格都很相似。

起先,这位工程师觉得这三个多路复用器看起来如出一辙,而且觉得这三个多路复用器中的输入泄电流低到可以轻忽不计。他觉得可以选择这三者之中的任何一个,并从他的系统中得到类似的机能。

在此博文中,你会发明他大概轻忽了多路复用器的泄电流。

图1所示为带有多个传感器接口数据采集系统的标准框图。

图1:数据采集系统中输入旌旗灯号疗养单元的框图

泄电流:默默地抵消偏移偏差

泄电流是一个紧张参数,由于它在开关打开和断开时都邑导致直流偏差。多路复用器数据表有许多与泄电流相关的规格,包括当开关合上或断开时流过源极管脚(IS)或漏极管脚(ID)的泄电流。图2所示为模拟开关的简化模型。

图2:开关打开时的简化小旌旗灯号模型

如图2所示,输出电压VOUT平日连接到运算放大年夜器的同相端,该同相端具有高阻抗。所以为了简单起见,工程师轻忽了负载电阻RL的影响。RO是开关的导通电阻。

当开关合上时,方程式1谋略由泄电流引入的电压偏差:

当开关断开时,泄电流流过各自的端子(漏极或源极),并在输出端引入偏移偏差。

图3:开关断开时的简化小旌旗灯号模型

泄电流也随温度的升高而增大年夜。所稀有据表应包括泄电流与温度的范例曲线。虽然泄电流的量很小,但在处置惩罚高输入阻抗传感器时,它是一个异常紧张的参数。以是让我们来看看这个参数是若何影响系统机能的。

泄电流的微微安或毫微安着实是有差其余

PLC系统中的模拟输入模块常常切换pH、光学、湿度、加速率计和化学传感器等高输入阻抗传感器。所有这些传感器都具有输入阻抗,从几百千欧姆到几千兆欧姆不等。以一个范例的光传感器为例,如图4所示。

图4:光传感器的简化模型

如图4所示,分流电阻Rsh的大年夜小从几百千欧姆到几千兆欧姆不等,且与温度成反比关系。因为并联电容的大年夜小为几微微法拉,以是它不紧张,是以图4中没有显示。

泄电流对系统精度的影响

简单来说,假定传感器阻抗Rsh为1MΩ。对付以5V为参考的24位系统,方程式2谋略对应1个最低有效位(LSB)的最小分辨率或电压,如下所示:

请记着,工程师有三个多路复用器可以选择,在表1中标记为MUX36D04、MUX2和MUX3。还要记着(25°C/85°C)时的泄电流是独一的差别身分。对付每个多路复用器,泄电流流过输入阻抗,导致偏移偏差,从而影响全部系统精度。表1简要地先容了多路复用器是若何影响丈量精度的。

表1:泄电流及其与LSB的偏移偏差的关系

大年夜多半传感器的输出电压都很低。因为输入级而引入的任何附加偏移都邑限定ADS125H02所能看到的最大年夜满量程电压范围。从表1可以看出,对付高精度数据采集系统,纵然几百微微安的输入透露也会对丈量精度孕育发生显明影响。泄电流随温度的变更而变更,表1显示了25°C和85°C时的偏移偏差变更。光传感器阻抗也随光强度和情况温度的变更而变更,是以这不仅会导致偏移偏差,还会导致线性偏差。

以是工程师不能轻忽透露电流,是以必要选择一个低透露多路复用器。

设计可吸收高阻抗输入的多通道模拟输入模块会有一系列的寻衅。德州仪器的MUX36S08和MUX36D04超低透露模拟多路复用器无需校准偏移偏差,简化了模拟输入模块的设计,同时也大年夜大年夜削减了偏移和线性偏差。MUX36S08和MUX36D04在25°C时具有1pA的超低泄电流。图5显示了MUX36S08的泄电流随温度的变更。(有关-40°C到125°C的具体曲线图, 请拜见MUX36S08数据表。)

图5:MUX36S08泄电流ID(ON)随温度的变更

总结来说,工程师不能轻忽泄电流,以是他必须选择德州仪器的低透露多路复用器。MUX36S08和MUX36D04选项满意低透露的必要,还供给低电容、低电荷注入、轨对轨运行和低功耗。

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