简介：在严格的工厂和过程环境中，可编程逻辑控制器（PLC）的模拟输入模块的可靠性要求必须以通用方式接收高电压，直至几百伏。该通用模式电压来自不同的来源，是由耦合或线路问题引起的。以通用方式保持模拟转换所需的准确性是模块设计人员的挑战。本文以通用方式和典型的工业要求分析电压信号源。此外，还引入了信号分离和信号调节实现。信号分离只能使用高压或高压多路复用器开关应用于整个通道或接口。可以单独或通过集成的差分放大器进行调整。本文比较了各种方法图像及其对其他信号链参数的影响，例如输入阻抗，噪声，带宽和常见方式排斥。使用公共模式电压源和可靠性影响，使用可靠的PLC模拟输入模块和带有单独土壤的数据采集卡是常见的。这增加了模块的可靠性，并允许输入阶段跟踪源土壤。如果两个源通过差分信号与入口的不同接地连接点连接（请参见图1），则其中一个输入通道会受到公共模式电压信号的约束。这是一个非常简单的解释。实际上，它可以连接到底盘的接地连接，地面或地面保护，装甲电缆以及与电缆盾牌的连接（通过简单性在图中省略了这一点）。图1：公共模式信号的绝对输入范围（CO输入rangemplete）：取决于差分输入范围的来源和公共模式电压范围，公共模式电压可以是CC或CA信号。的来源工业设备可能来自地线或故障。电气，机器或高过渡高功率的电磁干扰引起的电容或电感耦合。电缆撞到射线。例如，无陆电缆在50Hz和60Hz之间的典型噪声水平通常为4V至5V。在某些化学植物中，通用模式的噪声最高为60 v。它可能发生。众所周知，海洋系统具有最多35 V的常见噪声迹象。典型方式的存在并非总是故意的。某些应用在设计中具有常见的模式电压差异，例如连接到高压电池，热或熔融金属烤箱的细胞的入口，被淹没在溶液中。如果模拟输入模块不是为高电压设计的，则高公共模式电压可能会对电路造成永久损坏，因为电压超过输入级放大器的最大绝对分类，多路复用器OR模拟数字转换器（ADC）。即使入口受到高压保护，以通用方式的高压也可能导致精确度，并导致不可靠的读数。在模拟输入模块中，高电压支持水平具有不同的支持水平：压倒性的保护。 EsteMóduloEstáProtegidopor Unto alto voltaje deModoComún，pero no necesariamiamente funciona durante los los evestos desobretensión。 Las Mediciones Fueron Incorrectas Durante Tales Evesos。 Deaimentico desobretensióny Alarmas de Falla。 ElMódulo检测到Los evestos desobretensiónE通知Al Procesador para la falla de la Pantalla。 Esto Garantiza la confiabilidad de todas lasmeasureents在超压中没有测量。在正常运行中，精度将降低。一些模块可以在高公共电压事件中起作用，但精确度较低。正常操作和精度不受影响。在这种高水平的公共模式电压支持下，输入模块维护即使在此类事件中，也很高的精度。设计问题是如何以共同的方式使用高压（不影响或降低精度）实现正常功能。有三种常见的技术在模拟入口中通常接收高电压，并且可以提供多种拓扑：地球分离。通用模式块，使用： - FOTOMOS开关或 - 高压多路复用器的通用模式调整： - 使用分区放大器和电阻仪器（INA）。 - 谨慎或集成的差分放大器。土壤的分离会为每个通道创建一个带有单独的当地土地的完整通道。通道之间的共同模式的差异是分离设备的分离游戏。它可以像您一样高。该技术通常可以在数千伏范围内达到最大可能的公共模式电压。使用通用模式阻止技术，主动渠道通过信号链并假设NegatiVE终端，例如地球（模块地球分离）。所有其他通道都被高锁电压的开关阻止。通用模式的调节技术可防止在放大器或周围周围的被动衰减，从而以通用方式降低高压并超过放大器电压限制。阻止和调节技术可以根据设备和电源提供中等和低的公共模式电压支撑。 CANA隔离拓扑结构该拓扑可以实现更大的共同方法。该拓扑基于从岛上的单独输入通道的构造，每个通道都具有独立的悬挂，如图2所示。ADC通过数字信号绝缘子连接到处理单元。它通过孤立的功率阶段为模拟前部和ADC提供。 ISO6742等数字绝缘子可以达到5KVRMS绝缘电压。这可能高于标准变压器分离电压（1.5kVrms至5KVRM）。如果通道需要小于0.5W，集成的能源绝缘子和ISAW7741等数据可以帮助节省空间和成本。图2：通道隔离通道拓扑，要求每个通道都有一个前，转换器，绝缘体和单独的功率阶段。这种拓扑更昂贵，消耗更大的功率并占据更大的董事会区域。您还可以达到更高的通用模式电压范围，更好的性能和更高的可靠性。高压高压多路复用器高电压多路复用器是以通用方式支撑高压的有吸引力的解决方案。它们不会影响输入阻抗，并允许快速切换和宽带宽度。它们相对较新，是高压金属氧化物半导体技术最近进步的结果。需要电源覆盖公共模式电压范围和差分输入信号。此外，应保护模拟信号链中的其他设备（例如放大器）免受可能的高压。数字3显示了TMUX8 109 4-1的高压多路复用器。除了±10V的典型差分输入外，100V多路复用器还可以支持80V的通用模式电压差。多路复用器后使用保护剂的保护剂（例如图3中所示的INA823）消除了对外部保护二极管的需求，并承认使用典型的电压信号（例如±15V）。图3：将信号土地（通常由模拟输入模块隔开）的负面输入（图3中的CH1）连接的高电压多路复用器拓扑图形图可确保活动通道正确地偏向模块信号链。通道之间的切换时间受放大器的切换时间的限制。这大约是14 µs，稳定性为0.001％。如果可以在板上产生高电压电源，则高压多路复用器将在50V至80 V范围内承认通用模式的电压差。请注意，高压SU每个动力导轨所需的pPly电流小于0.5 mA。是的，只有NIN高锁定电压，请考虑带有多通道输入的高电压开关，例如TMUX8212，如图4所示。阻塞电压（60V-300V），所得的多路复用器类似于高压多路复用器。摄影开关的主要优点是这些开关不需要高压供应，并且这些开关通常具有较低的阻抗（范围仅为几ω）。但是，这些开关也有不便。这些开关在控制引脚中需要相对较高的电流（双差分输入开关约为7 mA），并且在OFF状态下具有相对较高的泄漏电流（可以达到1 µA），从而导致更长的开关时间（几毫秒）。抵抗E电压除数图5显示了此之后的电阻电压分隔线INA826 INA。电压除数可以在通用模式下降低电压，但也可以调整差分输入信号。为了尽可能扩展动态范围，INA可以扩增差异信号并将其恢复到原始信号级别。图5：电阻分裂的拓扑方程1和2，其次是INA，2分别代表G1和G2增益系数。此拓扑补偿包括通用模式范围和入口噪声。高r i a r f比可以增加公共模式电压范围，但会减弱输入信号并再次放大以增加输入噪声。输入和输入噪声阻抗。高R.I和R F可以增加输入阻抗，但也会增加输入噪声。高精度电阻不容易获得。这确立了输入阻抗对约1MΩ的实际限制。供应±15V，G1 = 0.249 and g2 = 4.01它们产生的公共模式电压范围为±36V。该拓扑的常见方法排斥比（CMRR）是电阻精度的函数，通常在70dB范围为80dB。位移电压取决于公共模式。由于它是一个补偿电压，取决于利润的升高（电阻温度系数）和公共模式，因此此拓扑中不准确性的下限大于整个规模的0.1％。谨慎的差分放大器图6中所示的离散差分放大器可以抑制共同的信号，同时保持输入信号不同ciales。放大器增益由等式3表示。方程3图6：供应±15 V的离散差分放大器拓扑，该拓扑的公共模式电压范围计算为±36V。该拓扑的问题类似于抗药性拓扑。最重要的补偿是进入阻抗和带宽。为了高输入阻抗，RF的高输出能力和放大器的退出显着限制了阶段的带宽。 1MΩ和G = 1的输入阻抗使带宽小于10 kHz。出于实际原因，进入阻抗通常限制为1MΩ。集成的差分放大器（例如图7中所示的INA148放大器）可以显着消除离散差分放大器的不便。使用综合电阻，在较高值下切断电阻之间的巧合可以做到这一点。对电阻值的精确切割允许阻抗较低的更复杂的反馈结构，从而导致差分放大器的带宽显着增加。图7：集成差分放大器在±15V的电源中达到了±200V，超低利润误差（小于0.1％）和CMRR Ultra Alta（> 86DB）的共同模式范围。该拓扑结束后可以达到更高的公共模式电压范围在渠道之间实施。选择正确的拓扑结构，并不会因各种拓扑而感到不知所措。影响拓扑选择的主要参数是以一般方式的电压范围，信号带宽，是否需要快速切换（多路复用系统），所需的输入阻抗和总成本。阻止拓扑的乘以减少ADC渠道的数量并降低系统成本。其他拓扑需要通道放大器，但通常提供更广泛的带宽。这是同步采样所必需的。表1比较不同的拓扑。表1：如果需要超高范围（超过200V），则不同的拓扑结构，则唯一的选择是通道之间的隔离拓扑。对于50到200之间的一般方式，您可以选择一个摄影开关（如果可以接受的慢速开关）或提供在每个通道中集成的谨慎放大器。对于低于50 V的一般方式范围，请选择一个高电压多路复用器。如果高INP需要UT电阻，多路复用器拓扑可以以高达50K的速度用于多路复用系统。如果需要同步采样，或者仍然使用多通道ADC，请选择基于放大器的方法。差分放大器的性能更好，而谨慎的放大器的性能较低，但成本较低。电阻电压除数在性能和成本方面是核心。