利用精密模擬微控制器構(gòu)建4mA至20mA環(huán)路供電溫度監(jiān)控器

　　電路描述

　　本電路由線性調(diào)節(jié)器 ADP1720 （可調(diào)版本）供電，它將環(huán)路電源調(diào)節(jié)至2.5 V，用于ADuC7060/ADuC7061、運(yùn)算放大器 OP193和可選的基準(zhǔn)電壓源 ADR280 。

　　4 mA-20 mA反饋電路主要由ADuC7060的片內(nèi)16位PWM（脈沖寬度調(diào)制器）控制。PWM的占空比通過軟件配置，以控制47.5 ΩRLOOP電阻上的電壓，進(jìn)而設(shè)置環(huán)路電流。請注意，RLOOP上方連接到ADuC7060接地，RLOOP下方連接到環(huán)路接地。因此，ADuC7060/ADuC7061、ADP1720、ADR280和OP193所引起的電流，以及濾波PWM輸出所設(shè)置的電流，均流經(jīng)RLOOP。

　　VREF由1.2 V精密基準(zhǔn)電壓源ADR280提供。或者，也可以配置ADuC7060/ADuC7061的片內(nèi)DAC來提供1.2 V基準(zhǔn)電壓，但使能內(nèi)部DAC會導(dǎo)致額外的功耗。

　　R1與R2接點(diǎn)電壓可以表示為：

　　當(dāng)VIN = 0時(shí)，將產(chǎn)生滿量程電流，此時(shí)VRLOOP = VREF。因此，滿量程電流為VREF/RLOOP，或者約為24 mA。當(dāng)VIN = VREF/2，無電流流動。

　　VIN時(shí)放大器OP193為高阻抗?fàn)顟B(tài)，不會構(gòu)成PWM濾波輸出的負(fù)載。放大器輸出的變化幅度很小，僅約為0.7 V。

　　量程極限（0 mA至4 mA和20 mA至24 mA）處的性能無關(guān)緊要；因此，運(yùn)算放大器不需要在電源軌時(shí)具有良好的性能。

　　R1和R2的絕對值無關(guān)緊要。不過應(yīng)注意，R1與R2的匹配度很重要。

　　還應(yīng)注意利用ADuC7060/ADuC7061上ADC0的輸入通道測量VR12點(diǎn)電壓的可能性。此ADC測量結(jié)果可以用作反饋，以便PWM控制軟件調(diào)整4 mA至20 mA電流設(shè)置。

　　ADuC7060/ADuC7061的主ADC測量RTD上的電壓。RTD由片內(nèi)激勵電流源IEXC0激勵。建議將激勵電流配置為200 μA以降低功耗，測量間隙應(yīng)將其關(guān)閉。主ADC前端的內(nèi)部PGA增益配置為16或32。RTD測量的基準(zhǔn)源可以是內(nèi)部基準(zhǔn)源或外部5.62 kΩ參考電阻。選擇外部電阻可以進(jìn)一步降低功耗。有關(guān)RTD與ADC接口和ADC結(jié)果線性化技術(shù)的詳細(xì)信息，請參考應(yīng)用筆記AN-0970和電路筆記CN-0075。

　　該電路的功耗要求取決于溫度監(jiān)控模塊是直接采用4 mA至20 mA環(huán)路電源供電，還是采用4線式有源環(huán)路供電（溫度監(jiān)控模塊采用獨(dú)立電源）。本文假設(shè)溫度監(jiān)控模塊采用環(huán)路電源供電，因此該模塊的總功耗不應(yīng)超過約3.6 mA。

　　為支持低功耗運(yùn)行，可以對內(nèi)部POWCON0寄存器進(jìn)行編程，以降低ADuC7060/ADuC7061內(nèi)核的工作速度。其最高頻率10.28 MHz可以按2的冪（2至128）進(jìn)行分頻。測試期間使用的時(shí)鐘分頻值為16，此時(shí)內(nèi)核速度為640 kHz。主ADC使能時(shí)，增益為32。PWM也可使能。所有其它外設(shè)均禁用。

　　針對我們的電路和測試設(shè)置，表1詳細(xì)列出了IDD的各項(xiàng)功耗，表2則列出了各種外設(shè)的功耗。