消除噪音,創(chuàng)建更簡(jiǎn)潔的 PLC 設(shè)計(jì)

在工廠自動(dòng)化中使用的可編程邏輯控制器 (PLC)是任何工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的基本必需品。簡(jiǎn)而言之，它們是專門用于控制機(jī)器和過程的工業(yè)計(jì)算機(jī)，設(shè)計(jì)用于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中工作。

PLC 有各種形狀和大小，但主要可以按其輸入/輸出 (I/O) 數(shù)量進(jìn)行細(xì)分：一些采用固定外殼，具有預(yù)定的 I/O 數(shù)量，而另一些則是模塊化的，具有可擴(kuò)展的 I/O 能力。無論哪種類型，PLC 主要包括：

· 中央處理單元 (CPU)，它控制邏輯、監(jiān)控和通信。

· 電源，根據(jù)需要為 CPU 和 I/O 模塊提供穩(wěn)壓直流電源(來自線路電源或 24V DC)。

· I/O 模塊，用于測(cè)量和收集數(shù)據(jù)以及控制電機(jī)和執(zhí)行器。I/O 模塊的選擇和構(gòu)建取決于所需的操作類型。

在這篇博文中，我將重點(diǎn)介紹 PLC 的模擬 I/O 模塊以及使用高性能低壓差穩(wěn)壓器 (LDO)解決方案來提供最佳性能。

模擬量輸入模塊將電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量供 CPU 使用;這些模塊可以測(cè)量壓力、流量和溫度等信號(hào)。模擬輸出模塊將來自 CPU 的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為可以控制執(zhí)行器、電機(jī)、繼電器、流量等的電壓或電流信號(hào)。

I/O 模塊使用 4-20mA 電流回路。這些電流回路是在一定距離內(nèi)傳輸信號(hào)且信號(hào)損失很小的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樾盘?hào)精度不受布線中任何電壓降的影響。電流環(huán)發(fā)送器在其最大電壓能力范圍內(nèi)保持適當(dāng)?shù)碾娏髁俊?

I/O 模塊中的電壓輸入范圍通常從幾毫伏到 +/-10V，具體取決于傳感器類型。PLC 應(yīng)用程序可以使用范圍從 12 位到 24 位的各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(模數(shù)轉(zhuǎn)換器 [A/D] 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 [D/A])，具體取決于精度和線性度要求。除了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，儀表放大器 (INA) 和精密運(yùn)算放大器也用于在從熱電偶等傳感器提取小信號(hào)時(shí)保持低偏移。

由于這些 I/O 模塊與現(xiàn)場(chǎng)接口，它們對(duì)靜電放電、電氣快速瞬變或浪涌事件有嚴(yán)格的安全要求。您必須使用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和離散或隔離的 DC/DC 模塊在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)和控制側(cè)之間進(jìn)行隔離。

由于 I/O 模塊具有高分辨率和精度要求，因此您必須確認(rèn)來自 DC/DC 的電源噪聲不會(huì)降低信號(hào)鏈性能。模擬參考上的任何噪聲都會(huì)導(dǎo)致數(shù)字轉(zhuǎn)換值發(fā)生變化，從而導(dǎo)致高分辨率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的性能降低。

通常，在為敏感的模擬電路供電時(shí)，使用高電源抑制比 (PSRR) 低噪聲 LDO(參見下面的TPS7A49、TPS7A30示例) 后調(diào)節(jié)將有助于清除開關(guān)紋波和噪聲，為信號(hào)鏈電路提供干凈的電源，并提高測(cè)量性能。作為后置穩(wěn)壓器，高 PSRR LDO 可衰減 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率紋波和任何疊加的諧波，并且無需龐大的無源濾波。LDO 還保持從輕載到滿載條件下的輸出調(diào)節(jié)。您可以使用 NR/SS 引腳來降低 LDO 的固有噪聲并在輸出端提供軟啟動(dòng)。您還可以使用使能引腳和軟啟動(dòng)來根據(jù)系統(tǒng)要求對(duì)電源軌進(jìn)行排序。

TPS7A49系列器件為正極、高壓(36 V)、超低噪聲(15.4μV-rms、72 dB PSRR)線性穩(wěn)壓器，可為150 mA負(fù)載供電。這些線性穩(wěn)壓器包括CMOS邏輯電平兼容的使能引腳和電容器可編程軟啟動(dòng)功能，允許定制電源管理方案。其他可用功能包括內(nèi)置電流限制和熱關(guān)機(jī)保護(hù)，以在故障條件下保護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)。

TPS7A49系列采用雙極技術(shù)設(shè)計(jì)，是高精度、高精度儀器應(yīng)用的理想選擇，在這些應(yīng)用中，清潔的電壓軌對(duì)于最大限度地提高系統(tǒng)性能至關(guān)重要。這種設(shè)計(jì)使該設(shè)備成為為運(yùn)算放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和其他高性能模擬電路供電的最佳選擇。

此外，TPS7A49系列線性穩(wěn)壓器適用于后dc變換器調(diào)節(jié)。通過濾除dc-dc開關(guān)轉(zhuǎn)換固有的輸出電壓紋波，在敏感儀器、測(cè)試和測(cè)量、音頻和射頻應(yīng)用中提供了最大的系統(tǒng)性能。

TI 提供多種高壓、高性能 LDO 來生成清潔的雙極電源。TPS7A49與負(fù)電壓TPS7A30配對(duì)可提供 150mA/通道解決方案，并具有高 PSRR 性能和低噪聲。對(duì)于要求大于 150mA 的應(yīng)用，請(qǐng)考慮將TPS7A47與TPS7A33配對(duì)。