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Ausgangsarchitekturen für Industriesteuerungen lassen sich optimieren

Genauer, dichter und »grüner«

1. Februar 2011, 10:27 Uhr | Willem Ongena

AD5755 von Analog Devices

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.

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.