MAX22000-软件可配置通用模拟量I/O
本应用笔记描述了max22000的内部构建模块，可实现软件可配置的通用模拟i/o功能。图中显示了常见工业模拟i/o模式的电路配置。
介绍
max22000为软件可配置模拟输入/输出（i/o）器件，适用于过程控制等工业应用和可编程逻辑控制器（plc）等设备的i/o模块。传统上，控制工程师选择固定功能的i/o卡（模拟输入、模拟输出、电压或电流模式），并根据传感器或执行器的要求硬连线其plc系统。随着max22000等软件可配置器件的推出，现在可以设计i/o模块，允许任何常见的工业i/o功能（模拟电压输入、模拟电流输入、模拟电压输出、模拟电流输出和rtd或热电偶温度测量），这些功能都可以在现场进行软件配置。这种灵活性直接转化为更快的项目安装和调试，使用软件配置通用模块以适应系统 i/o 要求。
本应用笔记中使用的缩略语和缩略语列于附录a中。
max22000模拟i/o构建模块
max22000的模拟量i/o功能如图1a和图1b所示。图1a给出了定义max22000的简化功能模块，图1b是详细说明max22000内部功能的详细模块级别。如图1b所示，突出显示的关键模块使系统设计人员能够使用基于max22000的单芯片方案实现通用模拟i/o模块。max22000集成了具有快速建立时间的18位dac、多层24位δ-σadc、精密基准电压源、可编程增益放大器（pga）和高压模拟调理功能。模拟输出可以提供±10v范围内的电压，提供±20ma范围内的电流，测量±10v范围内的电压，或测量±20ma范围内的电流。独立的专用模拟输入测量 ±10v 范围内的电压。另一个差分模拟输入具有专用pga，提供±12.5v、±2.5v、±500mv、±250mv或±125mv的范围。所选输入的采样范围为1sps至115.2ksps。max22000采用spi接口进行控制，用于所有配置和操作。
图 1a.简化max22000模拟量i/o视图
图 1b.max22000原理框图
hvddo/hvsso 电源是为模拟输出部分供电所必需的。hvdd/hvss 电源是为器件的模拟输入部分供电所必需的。模拟输入和输出部分各具有不同的电源，因为它使系统设计更简单且更易于配置。例如，读数为 ±12.5v 的模拟输入在 hvdd/hvss 中使用 ±15v。对于具有典型250o负载的环路变送器应用，可能需要模拟输出部分来产生4ma – 20ma电流。在这种情况下，±8v可能就足够了。
18 位 dac 和 24 位 ？s adc由低压dvdd和avdd供电。与外部控制器的通信接口由dvdd供电，出于安全目的，通常与应用系统中的控制器电气隔离。
通用模拟输入/输出配置和功能
常见的工业模拟i/o配置和信号电平如图2所示，max22000的实现方案见表1。
图2.max22000模拟输入/输出配置和特性
图3至图10给出了高压模拟i/o端口的不同配置，以及如何利用max22000实现这些配置，对应于表1中列出的8种模拟i/o配置。
配置 评论
1 1 个 aco + 2 个 ai （de： v/i） 用于模拟电流输出，使用 ai1 和 ai2，通过外部低 ppm、低温度 co 检测电阻进行电流反馈
2 1 个 aco + 3 个 ai （2 个 se： v/i， 1 de： v/i） 用于模拟电流输出，使用 ai1 和 ai2，通过外部低 ppm、低温度 co 检测电阻进行电流反馈
3 +24v 现场电源，带 aci + 1 ai （de： v/i） + 1ai （se： v/i） 在 ai1 和 ai2 处具有模拟电流输入（高压侧）的现场电源。使用低 ppm、低温度系数检测电阻器
4 1avo + 3ai （2 de： v/i1 se： v/i） 用于使用ai3进行电压反馈的模拟电压输出。
（ai1、ai2）（仅限模拟电流输入）
5 1avo + 4ai （3 se： v/i， 1 de： v/i） 用于使用ai3进行电压反馈的模拟电压输出
6 通用模拟 i/o 模式 接线端子上的软件可配置模拟输入/输出
电流和电压反馈
max22000中的18位dac可配置为模拟电压输出（avo）或模拟电流输出（aco）。表 1 中的配置 1、2 和 8 显示了 aco 模式，其中输入 ai1 和 ai2 与 50？内部检流放大器 （csa） 两端的检测电阻。该反馈可确保在整个温度范围内精确跟踪不同负载下的电流输出。配置 5、6、7 和 8 使用 avo 模式，ai3 用作电压反馈，用于精确电压跟踪以保持设定电压输出。
图3显示了ai2上的单个模拟电流输出和ai3、ai4和ai5、ai6上的两个差分电压或电流输入配置通道。绿色突出显示的组件表示电压传感器连接，红色突出显示的组件表示电流模式。放置在差分输入端的典型250o阻性负载代表典型的电流环路连接。
图 3：1 个 aco + 2 个 ai （de： v/i）。
图4描绘了ai2端子上的单个模拟电流输出，在ai3和ai5上具有2个单端电压或电流输入配置通道，在ai5、ai6上具有1个通道差分电压或电流输入。绿色突出显示的组件表示电压传感器连接，红色突出显示的组件表示电流模式。在电流模式下，输入 ai3 至 ai6 的典型 250o 阻性负载代表典型的接收器端接电流配置。
图4.1 个 aco + 3 个 ai （2 se： v/， 1 de： v/ii）
图5显示了ai3端子具有+24v现场电源的单个模拟电流输入通道，ai4端具有一个通道单端电压或电流输入，ai5、ai6端有一个通道差分输入电压或电流配置。当ai1、ai2配置为模拟输入以处理电流环路中不断变化的负载时，max22000 dac能够提供0ma –20ma输出电流。当电流环路传感器由环路供电且没有外部+24v现场电源时，通常首选此模式。
图5.+24v 现场电源，带 aci + 1 ai （de： v/i） + 1ai （se： v/i）。
绿色突出显示的组件表示电压传感器连接，红色突出显示的组件表示电流模式。在电流模式下，ai5至ai6上的典型250o阻性负载表示典型电流环路连接的电流输入测量值。ai4至gnd的典型250o阻性负载代表典型接收器端接电流配置的电流输入测量值。
ai3的电压反馈信号确保dac提供稳定的电源，并且来自+24v现场电源的高压侧测量来自ai1和ai2的电流。
图6显示了ai3处的单个模拟电压输出通道，ai1、ai2和ai5、ai6处的两个差分电流输入通道，以及ai4处的一个通道单端电压或电流输入配置。ai1 和 ai2 是 50o 检测电阻两端的差分输入，用于将最大差分电压限制在 ±1.25v。ai5 和 ai6 支持电压/电流输入的差分输入测量。
图6.1avo + 2ai （de： v/i） + 1ai （se： v/i）.
绿色突出显示的组件表示电压传感器连接，红色突出显示的组件表示电流模式。在电流模式下，ai5 和 ai6 上的典型 250o 阻性负载代表典型电流环路配置的电流输入测量值。
图7显示了ai3上的单个模拟电压输出通道和ai5、ai6上的三个单端电压或电流输入配置通道（ai1、ai2、ai4）和1个差分电压或电流输入通道。绿色突出显示的组件表示电压传感器连接，红色突出显示的组件表示电流模式。电流模式下 ai1 至 ai6 至 gnd 的典型 250o 阻性负载表示典型接收器端接电流环路配置的电流输入测量值。
图7.1avo + 4ai （3se： v/i， 1de： v/i）.
图8所示为max22000连接通用模拟i/o模式，包括输入或输出、电压或电流，以及rtd或热电偶测得的温度。
图 8：通用模拟输入/输出模式。
dac输出设置为电流或电压输出，ai5、ai6差分输入共用相同的接线端子，通过软件配置，可以在同一端子上实现真正的通用模拟输入/输出。
使用rtd或热电偶元件进行温度测量：
如图10所示，2线、3线和4线rtd测量通过通用模式实现。使用热电偶时，冷结补偿在低压端口aux1和aux2输入端实现。低压 （±2.5v） 端口没有高压保护，不得与更高电压的场信号一起使用。aux1 和 aux2 可在冷端补偿的情况下单独使用，也可以灵活地用于其他板载诊断测量。
max22000的应用示例
应用1：maxrefdes200# - go-io工厂自动化卡
go-io 是一种工业物联网 （iot） 参考设计，专为可配置工业控制系统的快速原型设计和开发而设计。go-io 是板的组合;maxrefdes215# 是带有 i/o 连接器的载板，maxrefdes211# 是应用处理器板。maxrefdes200# 是一款 i/o 卡，设计用于工厂自动化应用中常见的模拟和数字 i/o。该 i/o 卡插入载卡，由应用处理器板控制。
maxrefdes200#使用四种类型的max22000模拟/i/o。i/o 引脚 ao1+ 是通用模拟 i/o （uaio），这意味着可以使用软件将其配置为输入（电压或电流模式）或输出（电压或电流模式）。ao1+ 能够支持 ±12.5v 或 ±25ma 的输入和输出范围，具体取决于软件配置，无需更改硬件。这可通过max22000引脚用于dac（aop和aon）、adc输入（a1和a2）用于电流检测放大器（csa）和adc输入（a3）用于电压检测放大器来实现。
除 uaio 端口外，其他 adc 输入也连接到 maxrefdes215# 上的 i/o 连接器。输入ai1+和ai1-连接到max22000上的adc输入a5和a6。max22000中的可编程增益放大器（pga）可设置为不同的输入电压范围，工作范围为±12.5v、±2.5v、±500mv、±250mv和±125mv。输入 ai2+ 连接到 adc 输入 ai4，电压范围为 ±12.5v。输入 ai3+ 连接到 adc 输入 ai1。
图9.the maxrefdes200#.
应用 2：maxrefdes177#：io-link 通用模拟 i/o 参考设计
maxrefdes177有助于max22000在实际工业传感器和执行器应用中的快速原型设计和评估。采用max22515 io-link收发器，模拟i/o侧和io-link接口侧完全隔离。
模拟端口支持：
电压输出 ±10v （±12.5v）
电流输出 ±20ma （±25ma）
电压输入 ±10v （±12.5v）
电流输入 ±20ma （±25ma）
图 10.maxrefdes177# 通用模拟量 i/o。
总结
max2200的特性和可配置性为设计可配置的i/o模块提供了很大的自由度。采用max22000的系统不再受固定功能的限制，如输入或输出、电压或电流。它是真正具有完整软件可配置性的通用模拟i/o。 具有18位dac和24位的内部模块？s adc模块使用户能够在-40°c至+125°c温度范围内获得（低于）< ±0.1%fsr性能。
互调、频谱发射模板（SEM）和邻道泄露抑制比（ACLR）的区别在哪？
智能镜面显示屏已成为家居生活不可缺少的一部分
LED生产工艺,led的制作流程全过程!
解读当前线控底盘的关键技术和瓶颈所在
电瓶修复——关于硅能胶体电池的见解分析
MAX22000-软件可配置通用模拟量I/O
呼叫中心为什么需要智能质检？
为什么Polkadot将会成为一个领先的区块链开发平台
！供应 HP8753E HP8753E Agilent 87
双十一小米斩获电视销量榜第一名
AI为您解读手机众生相，华为、OPPO、小米、苹果等
单结晶体管
ThiEye运动相机：4K摄录+WiFi 带防水壳
Model 3交付将继续延迟 超级电池生产瓶颈还未解决
PIC16F946使用LCD的技巧
KEPServerEX登场——制造业信息采集独领风骚
对比净水器十大名牌，松下全屋净水更贴心
SAW滤波器匹配的目的和方法
车载电磁兼容测试攻略
fireflyAIO-3288J主板ADB使用介绍
介绍
max22000为软件可配置模拟输入/输出（i/o）器件，适用于过程控制等工业应用和可编程逻辑控制器（plc）等设备的i/o模块。传统上，控制工程师选择固定功能的i/o卡（模拟输入、模拟输出、电压或电流模式），并根据传感器或执行器的要求硬连线其plc系统。随着max22000等软件可配置器件的推出，现在可以设计i/o模块，允许任何常见的工业i/o功能（模拟电压输入、模拟电流输入、模拟电压输出、模拟电流输出和rtd或热电偶温度测量），这些功能都可以在现场进行软件配置。这种灵活性直接转化为更快的项目安装和调试，使用软件配置通用模块以适应系统 i/o 要求。
本应用笔记中使用的缩略语和缩略语列于附录a中。
max22000模拟i/o构建模块
max22000的模拟量i/o功能如图1a和图1b所示。图1a给出了定义max22000的简化功能模块，图1b是详细说明max22000内部功能的详细模块级别。如图1b所示，突出显示的关键模块使系统设计人员能够使用基于max22000的单芯片方案实现通用模拟i/o模块。max22000集成了具有快速建立时间的18位dac、多层24位δ-σadc、精密基准电压源、可编程增益放大器（pga）和高压模拟调理功能。模拟输出可以提供±10v范围内的电压，提供±20ma范围内的电流，测量±10v范围内的电压，或测量±20ma范围内的电流。独立的专用模拟输入测量 ±10v 范围内的电压。另一个差分模拟输入具有专用pga，提供±12.5v、±2.5v、±500mv、±250mv或±125mv的范围。所选输入的采样范围为1sps至115.2ksps。max22000采用spi接口进行控制，用于所有配置和操作。
图 1a.简化max22000模拟量i/o视图
图 1b.max22000原理框图
hvddo/hvsso 电源是为模拟输出部分供电所必需的。hvdd/hvss 电源是为器件的模拟输入部分供电所必需的。模拟输入和输出部分各具有不同的电源，因为它使系统设计更简单且更易于配置。例如，读数为 ±12.5v 的模拟输入在 hvdd/hvss 中使用 ±15v。对于具有典型250o负载的环路变送器应用，可能需要模拟输出部分来产生4ma – 20ma电流。在这种情况下，±8v可能就足够了。
18 位 dac 和 24 位 ？s adc由低压dvdd和avdd供电。与外部控制器的通信接口由dvdd供电，出于安全目的，通常与应用系统中的控制器电气隔离。
通用模拟输入/输出配置和功能
常见的工业模拟i/o配置和信号电平如图2所示，max22000的实现方案见表1。
图2.max22000模拟输入/输出配置和特性
图3至图10给出了高压模拟i/o端口的不同配置，以及如何利用max22000实现这些配置，对应于表1中列出的8种模拟i/o配置。
配置 评论
1 1 个 aco + 2 个 ai （de： v/i） 用于模拟电流输出，使用 ai1 和 ai2，通过外部低 ppm、低温度 co 检测电阻进行电流反馈
2 1 个 aco + 3 个 ai （2 个 se： v/i， 1 de： v/i） 用于模拟电流输出，使用 ai1 和 ai2，通过外部低 ppm、低温度 co 检测电阻进行电流反馈
3 +24v 现场电源，带 aci + 1 ai （de： v/i） + 1ai （se： v/i） 在 ai1 和 ai2 处具有模拟电流输入（高压侧）的现场电源。使用低 ppm、低温度系数检测电阻器
4 1avo + 3ai （2 de： v/i1 se： v/i） 用于使用ai3进行电压反馈的模拟电压输出。
（ai1、ai2）（仅限模拟电流输入）
5 1avo + 4ai （3 se： v/i， 1 de： v/i） 用于使用ai3进行电压反馈的模拟电压输出
6 通用模拟 i/o 模式 接线端子上的软件可配置模拟输入/输出
电流和电压反馈
max22000中的18位dac可配置为模拟电压输出（avo）或模拟电流输出（aco）。表 1 中的配置 1、2 和 8 显示了 aco 模式，其中输入 ai1 和 ai2 与 50？内部检流放大器 （csa） 两端的检测电阻。该反馈可确保在整个温度范围内精确跟踪不同负载下的电流输出。配置 5、6、7 和 8 使用 avo 模式，ai3 用作电压反馈，用于精确电压跟踪以保持设定电压输出。
图3显示了ai2上的单个模拟电流输出和ai3、ai4和ai5、ai6上的两个差分电压或电流输入配置通道。绿色突出显示的组件表示电压传感器连接，红色突出显示的组件表示电流模式。放置在差分输入端的典型250o阻性负载代表典型的电流环路连接。
图 3：1 个 aco + 2 个 ai （de： v/i）。
图4描绘了ai2端子上的单个模拟电流输出，在ai3和ai5上具有2个单端电压或电流输入配置通道，在ai5、ai6上具有1个通道差分电压或电流输入。绿色突出显示的组件表示电压传感器连接，红色突出显示的组件表示电流模式。在电流模式下，输入 ai3 至 ai6 的典型 250o 阻性负载代表典型的接收器端接电流配置。
图4.1 个 aco + 3 个 ai （2 se： v/， 1 de： v/ii）
图5显示了ai3端子具有+24v现场电源的单个模拟电流输入通道，ai4端具有一个通道单端电压或电流输入，ai5、ai6端有一个通道差分输入电压或电流配置。当ai1、ai2配置为模拟输入以处理电流环路中不断变化的负载时，max22000 dac能够提供0ma –20ma输出电流。当电流环路传感器由环路供电且没有外部+24v现场电源时，通常首选此模式。
图5.+24v 现场电源，带 aci + 1 ai （de： v/i） + 1ai （se： v/i）。
绿色突出显示的组件表示电压传感器连接，红色突出显示的组件表示电流模式。在电流模式下，ai5至ai6上的典型250o阻性负载表示典型电流环路连接的电流输入测量值。ai4至gnd的典型250o阻性负载代表典型接收器端接电流配置的电流输入测量值。
ai3的电压反馈信号确保dac提供稳定的电源，并且来自+24v现场电源的高压侧测量来自ai1和ai2的电流。
图6显示了ai3处的单个模拟电压输出通道，ai1、ai2和ai5、ai6处的两个差分电流输入通道，以及ai4处的一个通道单端电压或电流输入配置。ai1 和 ai2 是 50o 检测电阻两端的差分输入，用于将最大差分电压限制在 ±1.25v。ai5 和 ai6 支持电压/电流输入的差分输入测量。
图6.1avo + 2ai （de： v/i） + 1ai （se： v/i）.
绿色突出显示的组件表示电压传感器连接，红色突出显示的组件表示电流模式。在电流模式下，ai5 和 ai6 上的典型 250o 阻性负载代表典型电流环路配置的电流输入测量值。
图7显示了ai3上的单个模拟电压输出通道和ai5、ai6上的三个单端电压或电流输入配置通道（ai1、ai2、ai4）和1个差分电压或电流输入通道。绿色突出显示的组件表示电压传感器连接，红色突出显示的组件表示电流模式。电流模式下 ai1 至 ai6 至 gnd 的典型 250o 阻性负载表示典型接收器端接电流环路配置的电流输入测量值。
图7.1avo + 4ai （3se： v/i， 1de： v/i）.
图8所示为max22000连接通用模拟i/o模式，包括输入或输出、电压或电流，以及rtd或热电偶测得的温度。
图 8：通用模拟输入/输出模式。
dac输出设置为电流或电压输出，ai5、ai6差分输入共用相同的接线端子，通过软件配置，可以在同一端子上实现真正的通用模拟输入/输出。
使用rtd或热电偶元件进行温度测量：
如图10所示，2线、3线和4线rtd测量通过通用模式实现。使用热电偶时，冷结补偿在低压端口aux1和aux2输入端实现。低压 （±2.5v） 端口没有高压保护，不得与更高电压的场信号一起使用。aux1 和 aux2 可在冷端补偿的情况下单独使用，也可以灵活地用于其他板载诊断测量。
max22000的应用示例
应用1：maxrefdes200# - go-io工厂自动化卡
go-io 是一种工业物联网 （iot） 参考设计，专为可配置工业控制系统的快速原型设计和开发而设计。go-io 是板的组合;maxrefdes215# 是带有 i/o 连接器的载板，maxrefdes211# 是应用处理器板。maxrefdes200# 是一款 i/o 卡，设计用于工厂自动化应用中常见的模拟和数字 i/o。该 i/o 卡插入载卡，由应用处理器板控制。
maxrefdes200#使用四种类型的max22000模拟/i/o。i/o 引脚 ao1+ 是通用模拟 i/o （uaio），这意味着可以使用软件将其配置为输入（电压或电流模式）或输出（电压或电流模式）。ao1+ 能够支持 ±12.5v 或 ±25ma 的输入和输出范围，具体取决于软件配置，无需更改硬件。这可通过max22000引脚用于dac（aop和aon）、adc输入（a1和a2）用于电流检测放大器（csa）和adc输入（a3）用于电压检测放大器来实现。
除 uaio 端口外，其他 adc 输入也连接到 maxrefdes215# 上的 i/o 连接器。输入ai1+和ai1-连接到max22000上的adc输入a5和a6。max22000中的可编程增益放大器（pga）可设置为不同的输入电压范围，工作范围为±12.5v、±2.5v、±500mv、±250mv和±125mv。输入 ai2+ 连接到 adc 输入 ai4，电压范围为 ±12.5v。输入 ai3+ 连接到 adc 输入 ai1。
图9.the maxrefdes200#.
应用 2：maxrefdes177#：io-link 通用模拟 i/o 参考设计
maxrefdes177有助于max22000在实际工业传感器和执行器应用中的快速原型设计和评估。采用max22515 io-link收发器，模拟i/o侧和io-link接口侧完全隔离。
模拟端口支持：
电压输出 ±10v （±12.5v）
电流输出 ±20ma （±25ma）
电压输入 ±10v （±12.5v）
电流输入 ±20ma （±25ma）
图 10.maxrefdes177# 通用模拟量 i/o。
总结
max2200的特性和可配置性为设计可配置的i/o模块提供了很大的自由度。采用max22000的系统不再受固定功能的限制，如输入或输出、电压或电流。它是真正具有完整软件可配置性的通用模拟i/o。 具有18位dac和24位的内部模块？s adc模块使用户能够在-40°c至+125°c温度范围内获得（低于）< ±0.1%fsr性能。
互调、频谱发射模板（SEM）和邻道泄露抑制比（ACLR）的区别在哪？
智能镜面显示屏已成为家居生活不可缺少的一部分
LED生产工艺,led的制作流程全过程!
解读当前线控底盘的关键技术和瓶颈所在
电瓶修复——关于硅能胶体电池的见解分析
MAX22000-软件可配置通用模拟量I/O
呼叫中心为什么需要智能质检？
为什么Polkadot将会成为一个领先的区块链开发平台
！供应 HP8753E HP8753E Agilent 87
双十一小米斩获电视销量榜第一名
AI为您解读手机众生相，华为、OPPO、小米、苹果等
单结晶体管
ThiEye运动相机：4K摄录+WiFi 带防水壳
Model 3交付将继续延迟 超级电池生产瓶颈还未解决
PIC16F946使用LCD的技巧
KEPServerEX登场——制造业信息采集独领风骚
对比净水器十大名牌，松下全屋净水更贴心
SAW滤波器匹配的目的和方法
车载电磁兼容测试攻略
fireflyAIO-3288J主板ADB使用介绍