AD5751点击型号即可查看芯片规格书
特征
电流输出范围：0毫安至20毫安、0毫安至24毫安或4毫安至20毫安；±0.03%FSR典型总未调整误差（TUE）；±5ppm/℃典型输出漂移；2%超量程；电压输出范围：0 V至5 V、0 V至10 V、0 V至40 V；±0.02%FSR典型总未调整误差（TUE）；±3ppm/℃典型输出漂移；所有范围的超范围能力；灵活的串行数字接口；片上输出故障检测；PEC错误检查；异步清除功能；电源范围；平均电压：12伏（±10%）至55伏（最大值）；输出回路符合AVDD-2.75 V；温度范围：-40°C至+105°C；32引线5mm×5mm LFCSP封装。
应用
过程控制；执行器控制；可编程逻辑控制器。
一般说明
AD5751是一种单通道、低成本、高精度、电压/电流输出驱动器，具有硬件或软件可编程输出范围。软件范围通过SPI-/MICROWIRE配置™-兼容的串行接口。AD5751的目标是在可编程逻辑控制器和工业过程控制中的应用。AD5751的模拟输入由低压单电源数模转换器（DAC）提供，并在内部调节以提供所需的输出电流/电压范围。
输出电流范围可在三个电流范围内编程：0毫安至20毫安、0毫安至24毫安或4毫安至20毫安。
电压输出由单独的引脚提供，该引脚可配置为提供0 V至5 V、0 V至10 V和0 V至40 V的输出范围。电压范围有一个超量程。
模拟输出具有短路和开路保护，可驱动1μF电容性负载和0.1 H电感性负载。
设备规定在10.8 V至55 V的电源范围内运行。输出回路符合性为0 V至AV−2.75 V。
灵活的串行接口与SPI和微线兼容，可在三线制模式，最大限度地减少隔离应用所需的数字隔离。该接口还具有使用CRC-8错误检查的可选PEC错误检查功能，在可能发生数据通信损坏的工业环境中非常有用。
该装置还包括上电复位功能，确保装置在已知状态（0V或三态）下通电，以及异步清除引脚，该引脚将输出设置为零标度/中标度电压输出或所选电流范围的低端。
硬件选择引脚用于在通电时为硬件或软件模式配置部件。
功能框图
时序图
绝对最大额定值
TA=25°C，除非另有说明。高达100毫安的瞬态电流不会导致晶闸管闭锁。
高于绝对最大额定值的应力可能会对设备造成永久性损坏。这仅是一个应力额定值；设备在本规范操作章节所述条件或以上任何其他条件下的功能操作并不意味着。长期暴露在绝对最大额定条件下可能会影响设备的可靠性。
典型性能特征
术语
未调整总误差（TUE）
TUE是一种测量输出误差的方法，它考虑了所有的误差：输入误差、偏移误差、增益误差、输出漂移、温度和时间。TUE表示为满标度范围的百分比（FSR）。
相对精度或积分非线性（INL）INL是对通过输出驱动程序传递函数端点的直线的最大偏差（单位为%FSR）的度量。典型的输入电压与输入电压曲线如图5所示。
满标度误差
满标度误差是实际满标度模拟输出与理想满标度输出的偏差。满标度误差表示为满标度范围的百分比（FSR）。
满标度TC
满标度TC是测量满标度误差随温度变化的一种方法。以ppm FSR/℃表示。
增益误差
增益误差是测量输出跨距误差的一种方法。它是输出传输特性与理想值的斜率偏差，用%FSR表示。增益误差与温度的关系图如图10所示。
增益误差TC
增益误差TC是测量增益误差随温度变化的一种方法。增益误差TC用ppm FSR/℃表示。
零刻度误差
零标度误差是实际零标度模拟输出与理想零标度输出的偏差。零刻度误差以毫伏（mV）表示。
零标度TC
零标度TC是测量零标度误差随温度变化的一种方法。零标度误差TC用ppm FSR/℃表示。
偏移误差
偏移误差是在传递函数的线性区域内，以毫伏（mV）表示的实际VOUT和理想VOUT之间的差的测量。它可以是消极的，也可以是积极的。
输出电压稳定时间
输出电压稳定时间是输出在半标度输入变化下稳定到指定水平所需的时间量。
回转率
一个装置的转换率是输出电压变化率的一个限制。输出回转速度通常受到其输出所用放大器的回转率的限制。转换率从输出信号的10%到90%测量，用V/μs表示。
电流环电压符合性
电流环电压符合性是输出电流等于编程值的输出引脚的最大电压。
开机故障能量
上电故障能量是AD5751上电时注入模拟输出的脉冲。它被指定为以nV sec为单位的故障区域。
电源抑制比
PSRR指示电源电压的变化如何影响输出。
操作理论
AD5751是一种单通道、低成本、高精度、电压/电流输出驱动器，具有硬件或软件可编程输出范围。软件范围是通过与SPI-/MICROWIRE兼容的串行接口配置的。硬件范围使用范围引脚（R0至R3）编程。AD5751的模拟输入由低压单电源DAC（0 V至4.096 V）提供，DAC内部调节以提供所需的输出电流/电压范围。
输出电流范围可在三个范围内编程：0毫安至20毫安、0毫安至24毫安或4毫安至20毫安。电压输出由单独的引脚提供，该引脚可配置为提供0 V至5 V、0 V至10 V和0 V至40 V的输出范围。在5 V和10 V输出电压范围内，20%的超量程可用，在0 V到40 V范围内，10%的超量程可用。输出引脚和输出引脚可以连接在一起。在0毫安至20毫安、0毫安至24毫安和4毫安至20毫安的电流范围内，2%的超量程可用。电流和电压输出可在单独的引脚上使用。一次只能启用一个输出。通过在控制寄存器中编程R3到R0位来选择输出范围（见表7和表8）。
图50和图51分别显示了在软件模式和硬件模式下，在输出模块系统中AD5751的典型配置。HW SELECT pin选择部件是在软件模式还是硬件模式下配置。AD5751的模拟输入由低压单电源DAC（如AD506x或AD566x）提供，该DAC可提供0 V至4.096 V的输出范围。DAC的电源和参考以及AD5751的参考可由ADR392等参考提供。AD5751可以在高达55 V的单电源下工作。
软件模式
在当前模式下，软件可选择的输出范围包括0毫安至20毫安、0毫安至24毫安或4毫安至20毫安。在电压模式下，软件可选择的输出范围包括0 V至5 V、0 V至10 V、0 V至40 V。
当前输出架构
从模拟输入车辆识别码核心（0 V至4.096 V）输入的电压转换为电流（见图52），然后将其镜像到供电轨，以便应用程序只看到相对于内部参考电压的电流源输出，或者对其进行缓冲和缩放，以输出软件可选择的单极电压范围（见图53）。参考用于提供范围和增益缩放的内部偏移。可选择的输出范围可通过数字接口（软件模式）或范围引脚（R0至R3）（硬件模式）进行编程。
驱动电感负载
当驱动感应或定义不明确的负载时，在IOUT和GND之间连接一个0.01μF的电容器。这确保了负载超过50mh时的稳定性。没有最大电容限制。负载的电容性成分可能会导致沉降变慢。
电压输出放大器
电压输出放大器能够驱动1 kΩ的负载（适用于0 V至5 V和0 V至10 V范围）和5 kΩ（适用于0 V至40 V范围）的负载，以及2μF以下的电容性负载（COMP1和COMP2引脚上有外部补偿电容）。输出放大器的源和汇能力如图15所示。转换速率为2v/微秒。
在设备内部，VOUT和VSENSE+之间连接有一个2.5 MΩ电阻器。如果发生故障，这些电阻器通过确保放大器回路闭合以使部件不进入开环状态来保护AD5751。
电流和电压在单独的管脚上输出，不能同时输出。这允许用户将电流和电压输出引脚连接在一起，并将终端系统配置为单通道输出。
驱动大电容负载
电压输出放大器能够通过在COMP1和COMP2管脚之间添加非极性补偿电容来驱动高达1μF的电容性负载。如果没有补偿电容，最多可驱动20 nF电容性负载。应注意为CCOMP电容器选择适当的值。该电容器允许AD5751驱动更高的电容负载并减少超调，同时增加了部件的调整时间，因此影响了系统的带宽。该电容器的考虑值应在0 nF至4 nF的范围内，这取决于在稳定时间、超调量和带宽之间所需的权衡。
AD5751的通电状态
通电时，AD5751检测是否加载了硬件或软件模式，并相应地设置通电条件。在软件SPI模式下，输出的通电状态取决于清除管脚的状态。如果清除引脚拉高，该部分电源，驱动一个积极的0伏输出。如果清除引脚拉低，该部分电源与电压输出通道在三态模式。在这两种情况下，电流输出通道在三态条件下通电（0毫安）。如果需要，这允许电压和电流输出连接在一起。
要使部件正常工作，用户必须在控制寄存器中设置OUTEN位以启用输出，并在同一写入中，使用R3到R0范围位设置输出范围配置。如果在写入过程中清除引脚仍处于高（激活）状态，则部件将自动清除至其正常清除状态，该状态由编程范围和CLRSEL引脚或CLRSEL位定义（有关详细信息，请参阅异步清除（清除）部分）。在正常模式下操作零件时，必须将清除销调低。
清除引脚通常直接从微控制器驱动。在AD5751电源的电源独立于微控制器电源的情况下，用户可以将弱上拉电阻器连接到DVCC或将下拉电阻器连接到接地，以确保独立于微控制器实现正确的上电条件。透明引脚上的10 kΩ上拉/下拉电阻器应足以满足大多数应用。
如果选择硬件模式，则部件通电至R3至R0范围位定义的条件以及OUTEN或CLEAR引脚的状态。建议在硬件模式下为部件通电时保持输出禁用。
开机时的默认寄存器
AD5751上电复位电路确保所有寄存器加载零代码。
在软件SPI模式下，部件通电，所有输出均被禁用（OUTEN位=0）。用户必须在控制寄存器中设置OUTEN位以启用输出，并在同一次写入中，使用R3到R0位设置输出范围配置。如果选择硬件模式，则部件通电至R3至R0位定义的条件和OUTEN引脚的状态。建议在硬件模式下为部件通电时保持输出禁用。
复位功能
在软件模式下，可以使用复位引脚（有效低）或复位位（复位=1）复位零件。重置将禁用电流和电压输出到其通电状态。用户必须写入OUTEN位才能启用输出，并且同写，设置输出范围配置。复位引脚是一个电平敏感输入；只要复位引脚低，部件就保持在复位模式。在控制寄存器的复位命令之后，复位位清除为0。
在硬件模式下，没有复位。如果在硬件模式下使用零件，则应将复位销系紧。
奥顿
在软件模式下，可以使用控制寄存器中的OUTEN位来启用或禁用输出。当输出被禁用时，电流和电压通道都进入三态。用户必须设置OUTEN位以启用输出并同时设置输出范围配置。
在硬件模式下，可以使用OUTEN管脚启用或禁用输出。当输出被禁用时，电流和电压通道都进入三态。用户必须写入OUTEN pin才能启用输出。建议在更改范围时禁用输出。
软件控制
通过将硬件选择引脚连接到接地，启用软件控制。在软件模式下，AD5751由一个多功能的3线串行接口控制，该接口以高达50MHz的时钟频率工作。它与SPI、QSPI兼容™，微线和数字信号处理器标准。
输入移位寄存器
输入移位寄存器为16位宽。在串行时钟输入SCLK的控制下，数据首先作为16位字加载到设备MSB中。数据记录在SCLK的下降沿上。
输入移位寄存器由16个控制位组成，如表7。这个写操作的时序图如图2所示。输入移位寄存器的前三位用于设置印刷电路板（PCB）上AD5751设备的硬件地址。每块板最多可寻址8个设备。
在任何写入序列中，位D11、位D1和位D0必须始终设置为0。
回读操作
通过选择正确的设备地址激活回读模式（A2，A1，A0），然后将R/W位设置为1。默认情况下，SDO管脚被禁用。在对AD5751进行读操作寻址之后，将R/W设置为1将启用SDO管脚，并且SDO数据在SCLK的5上升沿上计时。在SDO上的数据被打卡后，同步上升沿再次禁用（三态）SDO管脚。在同一读取周期内，状态寄存器数据（见表9）和控制寄存器数据均可用。
状态位包括四个只读位。它们用于通知用户发生的特定故障情况，如输出开路或短路、过热错误或接口错误。如果出现任何这些故障情况，硬件故障也被断言为低，这可以用作控制器的硬件中断。
有关故障条件的完整说明，请参阅“功能的详细说明”部分。
硬件控制
硬件控制通过将硬件选择管脚连接到DVCC来启用。在此模式下，R3、R2、R1和R0管脚与RSET管脚一起用于配置输出范围，如表8所示。
在硬件模式下，没有状态寄存器。引脚IFAULT、引脚VFAULT和引脚TEMP上有故障条件（开路、短路和过热）。如果设置了这些故障条件中的任何一个，则会在特定的故障引脚上断言为低。IFAULT、VFAULT和TEMP是开漏输出，因此可以连接在一起，使用户可以生成一个中断到系统控制器，以传达故障。如果以这种方式硬接线，则无法隔离系统中发生的故障。
传递函数
AD5751由一个内部信号调节块组成，该调节块将模拟输入电压映射到编程输出范围。可用的模拟输入范围为0 V至4.096 V。
对于所有范围，包括电流和电压，AD5751实现一个直线映射函数，其中0 V映射到选定范围的低端，4.096 V映射到选定范围的上端。
特征详细说明
输出故障警报-软件模式
在软件模式下，AD5751配备有一个故障引脚；这是一个开路漏极输出，允许多个AD5751设备连接到一个上拉电阻器以进行全局故障检测。在软件模式下，故障引脚被下列任一故障情景强制激活为低电平：
•由于开环电路或电源电压不足，IOUT电压试图升高到符合范围以上。开发故障输出的内部电路避免使用具有窗口限制的比较器，因为这需要在故障输出变为活动之前出现实际输出错误。相反，当输出级中的内部放大器的剩余驱动能力小于约1v时生成信号。因此，在达到符合性极限之前，故障输出稍微激活。由于比较是在输出放大器的反馈回路中进行的，因此输出精度由其开环增益保持，并且在故障输出变为激活之前不会发生输出误差。
•在电压输出引脚（VOUT）上检测到短路。短路电流限制在15毫安。
•由于包错误检查失败（PEC），检测到接口错误。请参阅数据包错误检查部分。
•AD5751的堆芯温度超过约150°C。
输出故障警报-硬件模式
在硬件模式下，AD5751配备三个故障引脚：VFAULT、IFAULT和TEMP。这些是开漏输出，允许多个AD5751设备连接到一个上拉电阻器，用于全局故障检测。在硬件控制模式下，这些故障管脚由以下任一故障情况强制激活：
•检测到开路。由于开环电路或电源电压不足，IOUT电压试图升高到符合范围以上。开发故障输出的内部电路避免使用具有窗口限制的比较器，因为这需要在故障输出变为活动之前出现实际输出错误。相反，当输出级中的内部放大器的剩余驱动能力小于约1v时产生信号。因此，在达到符合性极限之前，故障输出稍微激活。由于比较是在输出放大器的反馈回路中进行的，因此输出精度由其开环增益保持，并且在故障输出变为激活之前不会发生输出误差。如果检测到此故障，则将IFAULT引脚强制调低。
•在电压输出引脚上检测到短路。短路电流限制在15毫安。如果检测到此故障，VFAULT引脚将被强制调低。
•AD5751的堆芯温度超过约150°C。如果检测到此故障，温度引脚将强制变低。
电压输出短路保护
在正常操作下，电压输出汇和源高达12毫安，并保持规定的操作。电压输出提供的最大电流为15毫安；这是短路电流。
异步清除（清除）
CLEAR是一种有效的高清除，允许将电压输出清除为零刻度码或中刻度码，用户可通过输入移位寄存器的CLRSEL引脚或CLRSEL位进行选择，如表8所述。（清除选择功能是CLRSEL引脚和CLRSEL位的逻辑或函数）。电流回路输出清除至其编程范围的底部。当清除信号返回低时，输出返回其编程值或新的编程值。也可以通过控制寄存器中的clear命令执行清除操作。
外部电流设置电阻器
参考图1，RSET是一个内部感测电阻器，是电压电流转换电路的一部分。内部电流检测电阻器的标称值为15 kΩ。为了允许电流模式下的超量程能力，用户还可以选择内部电流检测电阻为14.7 kΩ，从而提供2%的标称超量程能力。此功能在0毫安至20毫安、0毫安至24毫安和4毫安至20毫安电流范围内可用。输出电流值过温的稳定性取决于R值的稳定性。作为提高输出电流过温稳定性的一种方法，可以将外部低漂移电阻器连接到AD5751的REXT1和REXT2引脚，该引脚可以代替内部电阻器使用。外部电阻通过输入移位寄存器选择。如果不使用外部电阻器选项，则REXT1和REXT2引脚应保持浮动。
可编程超量程模式
AD5751包含大多数可用范围的超范围模式。通过相应地配置R3、R1、R1和R0位（或管脚）来选择超量程。
在电压模式下，根据所选范围，超范围为10%或20%，提供0 V至6 V、0 V至12 V和0 V至44 V的可编程输出范围。0 V至4.096 V模拟输入保持不变。
在当前模式下，超范围通常为2%。在当前模式下，超量程能力仅在三个范围内可用，0毫安至20毫安、0毫安至24毫安和4毫安至20毫安。对于这些范围，模拟输入也保持不变（0 V至4.096 V）。
数据包错误检查
为了验证在噪声环境中是否正确接收到数据，AD5751提供了基于8位（CRC-8）循环冗余检查的错误检查选项。控制AD5751的设备应使用以下多项式生成8位帧检查序列：
这将被添加到数据字的末尾，并且24个数据位在进入SYNC high之前被发送到AD5751。如果AD5751接收到24位数据帧，则在同步变高时执行错误检查。如果检查有效，则数据将写入所选寄存器。如果错误检查失败，则故障引脚将设置状态寄存器的低位和位D3。读取此寄存器后，此错误标志将自动清除，故障引脚将再次变高。
应用程序信息
暂态电压保护
AD5751包含ESD保护二极管，可防止正常操作造成的损坏。然而，工业控制环境可以使I/O电路承受更高的瞬态。为了保护AD5751不受过高电压瞬变的影响，可能需要外部电源二极管和浪涌电流限制电阻器，如图55所示。电阻值的限制条件是，在正常运行期间，IOUT的输出电平必须保持在其AV-2.75 V的电压符合限值内，两个保护二极管和电阻器必须具有适当的额定功率。如果需要的话，还可以增加瞬态电压抑制器的保护。
热因素
了解功率损耗对封装的影响及其对结温的影响是非常重要的。内部连接温度不应超过125°C。AD5751封装在32引线、5 mm×5 mm LFCSP封装中。热阻抗θ为42°C/W。重要的是，器件不能在导致结温超过其极限的条件下工作。当AD5751在最大AVDD（55 V）下运行并将最大电流（24毫安）直接接地时，会出现最坏的情况。还应考虑AD5751的静态电流，名义上为~4毫安。以下计算估计了这些最坏情况下的最大功耗，并以此为基础确定了最大环境温度。这些图假设遵循了适当的布局和接地技术，以尽量减少功耗，如布局指南一节所述。
布局指南
在任何精度很重要的电路中，仔细考虑电源和接地回路布局有助于确保额定性能。安装AD5751的PCB的设计应使AD5751位于模拟平面上。
AD5751应具有10μF的充足电源旁路，与每个电源上的0.1μF并联，位置应尽可能靠近封装，理想情况下应紧靠设备。10μF电容器为钽珠型。0.1μF电容器应具有低效串联电阻（ESR）和低效串联电感（ESI），如常见的陶瓷类型，它们在高频下提供低阻抗接地路径，以处理内部逻辑开关产生的瞬态电流。
在一块板上有许多设备的系统中，通常提供一些散热能力以使功率易于耗散是有用的。
AD5751在设备下方有一个外露的挡板。将此拨杆连接到AD5751的GND。为了获得最佳性能，在设计主板和安装软件包时应特别注意。为了增强热、电和板级性能，暴露的包装底部的挡板应焊接到PCB（GND）上相应的热地挡板上。为了进一步提高散热效果，应在PCB地桨区设计热通孔。
电隔离界面
在许多过程控制应用中，有必要在控制器和被控制单元之间提供隔离屏障，以保护和隔离控制电路，使其免受可能发生的任何危险共模电压的影响。来自Analog Devices，Inc.的iCoupler®系列产品提供超过5.0千伏的电压隔离。AD5751的串行加载结构使其成为隔离接口的理想选择，因为接口线的数量保持在最小值。图57显示了使用ADuM1400与AD5751的4通道隔离接口。
微处理器接口
微处理器通过串行总线与AD5751接口，串行总线使用与微控制器和DSP处理器兼容的协议。通信信道为3线（最小）由时钟信号、数据信号和同步信号组成的接口。AD5751需要一个16位数据字，其数据在SCLK的下降沿上有效。
外形尺寸
