Resumen: En este documento se explica cómo el Campbell (MAXREFDES4 #) diseño de referencia subsistema satisfaga la mayor resolución y aislamiento necesidades de control industrial y aplicaciones de automatización industrial. Archivos de hardware y firmware de diseño, así como FFTs y los histogramas de las mediciones de laboratorio se proporcionan.
Introducción
Imagen más detallada (JPG)
En el control industrial y aplicaciones de automatización industrial y de alta resolución convertidores de datos se requiere a menudo. Aunque las matrices actuales puertas programables de campo (FPGA) y microcontroladores pueden integrar analógico-a-digital (ADC), en muchos casos, la resolución no es lo suficientemente alta y el aislamiento es deficiente. El Campbell ( MAXREFDES4 # ) el diseño del subsistema de referencia es un 16-bits de alta precisión industrial Analog Front End (AFE) que acepta un bucle de corriente de 4-20mA o un 0.2V a 4.096V Tensión de señal de entrada, y cuenta con el poder aislado y datos todo ello integrado en un factor de forma pequeño. El diseño Campbell integra una precisión de bajo ruido tampón ( MAX44250 ), una alta precisión de ADC ( MAX11100 ), una referencia de ultra-alta precisión voltaje 4.096V ( MAX6126 ), 600V RMS datos aislamiento ( MAX14850 ), y se aisló / regulada de 5V potencia carriles ( MAX256 / MAX1659 ). Esta solución AFE se puede utilizar en cualquier aplicación que requiera alta precisión de analógico a digital de conversión, sino que está destinada principalmente para sensores industriales, automatización industrial, control de procesos, controladores lógicos programables (PLCs), y aplicaciones médicas.
Figura 1. El subsistema de Campbell diseño de diagrama de bloques.
Características
Aplicaciones
- Alta precisión
- 4-20mA bucle de corriente de entrada
- 0.2V a 4.096V rango de entrada
- Alimentación aislada y datos
- Pequeña placa de circuito impreso (PCB) área
- PMod ™ compatible con factor de forma
- Sensores industriales
- Control del proceso
- Automatización industrial
- PLC
- Médico
Descripción detallada de Hardware
La especificación PMod permite tanto 3.3V y 5V módulos, así como varias asignaciones de patillas. Este módulo está diseñado sólo para una tensión de alimentación de 3,3 V y utiliza los SPI asignaciones de patillas, como se ilustra a la derecha.
Los requisitos de energía se muestran en la Tabla 1 . Las plataformas soportadas actualmente y los puertos se muestran en la Tabla 2 .
Tabla 1. Opciones de Energía para el diseño de referencia de Campbell Subsistema
Tipo Potencia
Jumper Shunt
Voltaje de entrada (V)
Corriente de entrada (mA típico)
A bordo aislado poder
JU3: 1-2
JU4: 2-3
3,3
72,5
Alimentación externa
JU3: 2-3
JU4: 1-2
12
10,7
Tabla 2. Plataformas compatibles y Puertos
Plataformas compatibles
Puerto
Nexys ™ Platform 3 (Spartan ® -6)
JB1
El subsistema de Campbell es el más adecuado para una alta precisión de 4-20mA bucle de corriente o un 0.2V a 4.096V tensión de entrada analógica a digital sistema de adquisición de datos . El diseño del hardware proporciona alimentación aislada (MAX256) y datos aislados (MAX14850).
El MAX44250 op amp (U1) Circuito de entrada almacena un voltaje 4-20mA bucle de corriente de sentido en una resistencia de carga de 200Ω (con JU2 cerrado) o 0,2 V a 4.096V (con JU2 abierto) Tensión de señal.
El MAX11100 (U2) es un 16-bit, registro de aproximaciones sucesivas (SAR) ADC con Autoapagado ™ y rápidas características 1.1μs despertador. De entrada del ADC de referencia es impulsado por el MAX6126 ultra-alta precisión de tensión de referencia 4.096V (U3) con 0,02% de precisión inicial y un 3 ppm / ° C máximo temperatura coeficiente (tempco ).
El MAX256 (U4) proporciona un aislado, la clase funcional de aislamiento solución de energía que acepta 3,3 V y la convierte a 12 V utilizando un off-the-shelf TGM-H281NF de Halo ® transformador con un 1:2.6 primario a razón de transformación secundaria más externo en un tensión de a bordo-doblador de circuito. Post-regulación se consigue con los MAX1659 baja caída (LDO) (U5 para una salida de 12V, U6 para una salida de 5V analógico, y U8 para una salida de 5V digital). Aislamiento de los datos se realiza usando el MAX14850 (U5) Aislador digital de datos. El poder combinado de datos y el aislamiento conseguido es 600 V RMS .
Para utilizar las fuentes aisladas en la placa de potencia, mueva la derivación en puente JU3 a la posición 1-2 y mover la derivación en puente JU4 a la posición 2-3. Si el aislamiento de potencia no es necesario, una fuente de alimentación externa de 12 V DC puede ser utilizado. Mueva la derivación en puente JU3 a la posición 2-3 y mover la derivación en puente JU4 a la posición 1-2. Conecte el terminal de tierra de la fuente de alimentación externa al conector GND2. Conecte la fuente de 12V DC de alimentación al conector EXT_V. Véase la Tabla 1 para la configuración del puente y de los requisitos de entrada actuales.
Descripción detallada de Firmware
El diseño Campbell firmware fue lanzado inicialmente para el 3 Nexys kit de desarrollo y orientadas a MicroBlaze ™ microcontrolador núcleo suave que se coloca dentro de un Xilinx ® Spartan-6 FPGA . Soporte para plataformas adicionales pueden ser añadidos periódicamente en los archivos de firmware en el diseño All Files sección. Las plataformas soportadas actualmente y los puertos se muestran en la Tabla 2.
El firmware es un ejemplo práctico de cómo interactuar con el hardware, recoger muestras, y guardarlos en la memoria. El flujo de proceso simple se muestra en la Figura 2 . El firmware está escrito en C usando la herramienta de Xilinx SDK, que está basado en Eclipse ™ abierto fuente estándar. Custom Campbell funciones específicas de diseño fueron creados utilizando el estándar de Xilinx XSpi 3.03A versión del núcleo. La frecuencia de reloj SPI está en 3.125MHz.
Figura 2. El diagrama de flujo firmware Campbell.
El firmware acepta comandos, escribe estado, y es capaz de descargar los bloques de datos muestreados para un programa de terminal estándar a través de un puerto COM virtual. El código fuente completo se proporciona para acelerar el desarrollo del cliente. Documentación de código puede encontrarse en los archivos correspondientes de la plataforma de firmware.
Inicio Rápido
Equipo necesario:
- De Windows ® PC con dos USB puertos
- Campbell (MAXREFDES4 #) tablero
- Campbell apoyado por plataforma (es decir, Nexys 3 kit de desarrollo)
- 4-20mA Sensor de lazo de corriente o fuente de señal
Descargar, leer y seguir cuidadosamente cada paso en el Campbell (MAXREFDES4 #) NEXYS 3 Guía de inicio rápido .
Las mediciones de laboratorio
Equipo utilizado:
- Audio Precision ® fuente SYS-2722 señal o equivalente
- Voltaje calibrador DVC-8500
- Windows PC con dos puertos USB
- Campbell (MAXREFDES4 #) tablero
- Nexys 3 kit de desarrollo de
- 12V DC fuente de alimentación (para pruebas de potencia externo)
Especial cuidado hay que tener el equipo adecuado y debe ser utilizado cuando se prueba el diseño Campbell. La clave para comprobar cualquier diseño de alta precisión es el uso de fuentes y equipos de medición que son de mayor precisión que el diseño bajo prueba. A la baja distorsión fuente de señal es absolutamente necesario con el fin de duplicar los resultados se presentan a continuación. La señal de entrada se generó utilizando el Precision Audio SYS-2722. La FFT se crearon utilizando el control FFT en SignalLab deSoftware Mitov .
AC y DC rendimiento de energía a bordo aisladas se muestra en la Figura 3 y Figura 4 . AC y DC para el rendimiento de alimentación externa se muestra en la Figura 5 y la Figura 6 .
Figura 3. AC FFT usando energía a bordo aislado, un 0.2V a 4.08V entrada de onda sinusoidal de 1 kHz de la señal de alta impedancia de entrada, una frecuencia de muestreo 20ksps, y una ventana de Blackman-Harris.
Figura 4. DC histograma usando a bordo de alimentación aislada, una señal de entrada de 2,0 V, de alta impedancia de entrada, una frecuencia de muestreo 20ksps; 65.536 muestras, un código de 6 bits menos significativos se extendió con 96,57% de los códigos correspondientes a los tres bits menos significativos del centro, y un estándar desviación de 0,702.
Figura 5. AC FFT usando alimentación externa, 0.2V a 4.08V una señal de entrada de 1 kHz de onda sinusoidal de alta impedancia de entrada, una frecuencia de muestreo 20ksps, y una ventana de Blackman-Harris.
Figura 6. DC histograma utilizando energía externa; una señal de entrada de 2,0 V; alta impedancia de entrada, una tasa de muestra 20ksps; 65.536 muestras, un código de expansión de 7 bits menos significativos con 96,94% de los códigos incluidos en los tres bits menos significativos del centro, y una desviación estándar de 0,721 .
Todos los archivos de diseño
Descargar todos los archivos de diseño
Archivos de hardware
Esquema de
lista de materiales (BOM)
diseño de PCB
PCB gerber
PCB CAD (PADS 9,0)
Archivos firmware
Nexys 3 plataforma (Spartan-6)
Compra de diseño de referencia
Precision Audio es una marca registrada de Audio Precision, Inc. Desconexión automática es una marca comercial de Freescale Semiconductor, Inc. Eclipse es una marca comercial de Eclipse Foundation, Inc. Halo es una marca registrada de Halo Electronics, Inc. es una marca MicroBlaze de Xilinx , Inc. Nexys es una marca comercial de Digilent Inc. PMod es una marca comercial de Digilent Inc. Spartan es una marca registrada de Xilinx, Inc. Windows es una marca registrada y marca de servicio registrada de Microsoft Corporation. Xilinx es una marca registrada y de servicio registrada marca de Xilinx, Inc.
No hay comentarios:
Publicar un comentario