工业4.0现已彻底改变了制造业，改变了工厂的规划和施行方法。在工厂自动化和进程操控运用中，Industry 4.0的影响归结为两个基本概念：涣散式体系和智能确定性体系的涣散。涣散式体系固有地需求进行模块化设置，并具灵活性。高效、和热优化的规划是这些体系的要害推进要素。智能确定性体系是可以前期检测毛病并进步牢靠性的模块。
在工厂自动化和进程操控运用中，数模转化器
一般在用于(PLC)和的模仿输出中被发现。这两种状况下，DAC都可用于传送电压输出或电流输出。
DAC8775是TI最新的高精度DAC，经过包含4-20mA驱动器、电压输出和片上自习惯电源办理在职业中最具集成性。在这篇博文中，将供给与DAC8775相关的规划技能示例，并探究怎么规划这个职业的当时趋势。
许多体系操控器因为传感器数量的增加而处理数百个输入/输出(I / O)点。这给规划人员供给了一个应战，行将更多的I / O通道融入一个小型形状系数，增加了对热优化和高功率体系的需求。大多数模仿输出模块4-20mA驱动电路选用具有增益级的高侧电压—电流转化电路。图1所示为典型的架构。
由放大器A1树立的回路将DAC输出电压转化成电流。经过负反应，放大器A1将RSET两边的电压设置为等于DAC输出。RSET两边的这个电压降将设定流过榜首级IM的电流。(假定IRSET等于IM的抱负状况)。经过运用由放大器A2和RMIRROR和RSENSE电阻对的组合树立的回路，发生的电流IM进一步被增益。放大器A2将强制RSENSE两边的电压等于VMIRROR。经过与RMIRROR和RSENSE的份额成正比的因子，这发生了从IM增益的负载电流。如图1所示，RLOAD一般表明线性执行器负载，好像PLC体系的状况。因为现在经过RMIRROR不供给负载，这将直接下降体系的功率。杰出的规划实践是将该电流最小化，将其设置为小于输出电流的1%。出于核算的意图，假定RMIRROR和RSENSE之间的高比率(> 1到100)，咱们疏忽IM。
图1：高侧电压 – 电流转化器
在典型状况下，VPOS电压可以在12-36V之间改变。RLOAD也可以从短电阻到1kΩ改变。为了阐明这一点，可以考虑咱们的榜首个示例，即VPOS等于36V，RLOAD等于1Ω的状况。当阀门设定为满量程时，操控器将经过负载驱动20mA。这意味着负载耗费的功率是PLOAD = I2R = 0.4mW。
所发生的总功率为Pgenerated = VI = 0.72W。从这个比如可以看出，电压— 电流转化电路耗散剩下的功率：0.72W-0.4mW = 0.7196W。这是一个十分低效的体系，并将导致体系温度的不用要地增加。
考虑第二个示例，其间负载阻抗较高，为1kΩ。在这种状况下，PLOAD = I2R = 0.4W。所发生的总功率为Pgenerated = VI = 0.72W。电压 – 电流转化电路耗散其他功率：0.72W-0.4W = 0.32W。
您可以幻想，假如存在很多的功率损耗，在这么小的中增加更多的通道将变得不行继续，这直接增加体系温度，下降牢靠性并增加毛病。我给出的示例显现单通道规划的功率损耗。在存在四个通道的状况下，榜首个和第二个示例中的功率损耗别离挨近2.8W和1.2W。
因为功率损耗跟着更高通道数模块的运用而急剧增加，一种或许的处理方案是依据负载自习惯地更改VPOS供给。您可以经过增加一个简略的反应网络并运用降压/升压转化器为负载供给必要的电源来完成。这样的体系将如图2所示的框图。
图2：具有降压/升压转化器的高端电压—电流转化器
在这种规划技能中，降压/升压转化器将检测驱动负载的输出FET的漏极—源极电压，并发生内部成份额的差错电流。经过杂乱的状态机算法，设备将决议下降或进步电源。该技能在四通道DAC8775中得以完成，然后完成更高的功率。
假如运用与榜首个示例相同的值，当负载为1Ω时，降压/升压转化器会将DAC的电源下降，然后取得所需的最小电源。在DAC8775的状况下，将低至4.5V。
如在榜首个示例中，PLOAD = I2R = 0.4mW。发生的总功率为Pgenerated = VI = 0.09W。电压—电流转化电路耗散其他功率：0.09W-0.4mW = 89.6mW。因而，与示例1比较，功耗进步了8倍。
关于1kΩ负载状况，PLOAD = I2R = 0.4W。所发生的总功率为Pgenerated = VI= 0.46W，因为降压/升压转化器将VPOS设置为23V。电压 – 电流转化电路耗散其他功率：0.46W-0.4W = 0.06W。因而，与没有降压/升压转化器反应的规划比较，功耗进步了五倍。
DAC8775的功率也导致需求更多的热优化体系。在具有和不具有自习惯功率的四通道规划中比较芯片的结温显现了芯片温度的明显改进。图3和图4所示为DAC8775的丈量成果，比较了在1Ω和1kΩ RLOAD状况下，运用和不运用降压/升压转化器的模温。从图3可以看出，这种技能可以将结温进步至高达36°C。
当将越来越多的通道挤入更小的空间时，热优化成为区别模块功用的要害功用参数。在热量未优化的模块中，体系毛病是常见的，且因为温度漂移较大，功用下降。DAC8775因为其高集成度和高功率而处理了这两个应战，并具有超卓的DC和漂移功用。
图3：RLOAD的模温为1Ω
图4：1KΩ的RLOAD的模温
假如芯片温度超越150℃，DAC8775供给过温报警，这是丰厚的智能确诊功用的其间一个特征，可协助前期检测毛病。这些包含开路负载、短路、循环冗余校验(CRC)、看门狗定时器和合规电压。除了毛病警报之外，设备还答应您挑选便于牢靠的体系操作的预设操作。您可以奉告设备什么都不做、停机或进入预编程的安全码。
TI广泛的产品组合使您可以规划高效、热优化和更智能的模块。经过检查TI的宽精度DAC产品组合或DAC8775了解更多信息。
