Ausgangsarchitekturen für Industriesteuerungen lassen sich optimieren

Genauer, dichter und »grüner«

Weil für SPS eine steigende Kanaldichte gewünscht wird, muss die Industrie Ausgangsarchitekturen entwerfen, die dem hiermit einher gehenden Anstieg der Verlustleistung pro Leiterplattenfläche und resultierenden höheren Driftwerten entgegen wirken.

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Blockdiagramm des AD5755 von Analog Devices

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Blockdiagramm des AD5755 von Analog Devices

Typische Ausgangsarchitekturen für Industriesteuerungen enthal­ten mehrere Digital-Analog-Wandler (DAC), Regler und Strom- und/oder Hochvolt-Aus­gangsblöcke. Diese können dis­kret oder mit System-ICs aufge­baut sein. System-ICs ermögli­chen eine Steigerung der System­genauigkeit und Kanaldichte, weisen ein besseres Driftverhal­ten auf und verfügen über neuar­tige Power-Control-Techniken, die eine Senkung des Strombe­darfs ermöglichen.

Eine diskrete Schaltung be­steht typischerweise aus einem mit 5 V versorgten 12- oder 16-Bit-DAC einschließlich exter­ner Signalaufbereitung. Sie er­zeugt zudem bipolare Ausgangs­spannungen von. Externe Schal­ter wiederum setzen Biaspunkte in der Schaltung, um die ge­wünschten Ausgangsbereiche zu wählen. Auf diese Art lässt sich die DAC-Auflösung über ver­schiedene Ausgangsbereiche un­eingeschränkt beibehalten.

Im Zentrum der Designüberle­gungen stehen ansonsten immer die anwendungsbedingten Sys­temspezifikationen. Diese wer­den normalerweise in prozentu­aler Genauigkeit in Bezug auf den Skalenbereichsendwert (Full Scale Range) des Systems (%FSR) angegeben. Für Low-End-Syste­me kann 1% FSR ausreichen, während High-End-Systeme bis zu 0,1% FSR benötigen können. Dabei ist es wichtig zu wissen, ob die Temperaturdrift in den Sys­temspezifikationen enthalten ist. Drift ist meist die dominierende Fehlerquelle. Die Temperaturdrift lässt sich zwar kalibrieren, je­doch ist das teuer, weil eine Ka­librierung in der Baugruppenfer­tigung über der Temperatur erfor­derlich ist. Zusätzlich entstehen während des normalen Betriebes für Temperaturüberwachung Kosten für analoge Bauteile und für einige Linearisierungsalgo­rithmen Kosten im digitalen Be­reich.

1. Teil: Genauer, dichter und »grüner«
2. Teil: Integrierte Systemlösung macht Nachkalibrierung entbehrlich
3. Teil: Intelligenz bekämpft Stromverschwendung
4. Teil: Von Unipolar zu Bipolar