Texas Instrument AFEx8201 16或14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 是高度集成、高精度、極低功耗的數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)，具有電壓輸出，專為過程控制和工業(yè)自動化應(yīng)用而設(shè)計。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：Texas Instruments AFEx8201 16或14位DAC數(shù)據(jù)手冊.pdf

Texas Instruments AFEx8201包含設(shè)計4mA至20mA、 3-wire或4-wire傳感器發(fā)送器或模擬輸出模塊所需的大部分組件。除了高精度DAC之外，AFEx8201還集成了10ppm/°C電壓參考和診斷模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。需要外部電壓到電流轉(zhuǎn)換和功率調(diào)節(jié)來適應(yīng)內(nèi)在和功能安全問題。

內(nèi)部診斷ADC通過啟用自動自我健康檢查來多路復(fù)用到多個內(nèi)部節(jié)點。此檢查可以檢測內(nèi)部電源調(diào)節(jié)器、偏置源、電壓基準、芯片溫度、DAC輸出和可選外部電壓源的錯誤或故障。如果診斷 ADC、窗口看門狗定時器或CRC幀錯誤檢查檢測到任何故障，器件可以選擇發(fā)出中斷、進入用戶指定的故障安全狀態(tài)，或同時執(zhí)行這兩種操作。

特性

• 支持功能安全
  • 可提供文檔，協(xié)助功能安全系統(tǒng)設(shè)計
• 低靜態(tài)電流：170μA（典型值）、210μA（最大值）
• 16位或14位單調(diào)高性能DAC
  • 0V至2.5V DAC輸出范圍
  • 數(shù)字DAC轉(zhuǎn)換速率控制
  • 4LSB INL（16位）
  • 0.07% FSR（最大值）TUE（–40°C至+125°C）
• 12位3.84kSPS ADC，用于高級診斷
• 10ppm/°C（最大值）的集成1.25V參考電壓
• 帶時鐘輸出的內(nèi)部1.2288MHz振蕩器
• 數(shù)字接口
  • 串行外設(shè)接口 (SPI)
  • 通用異步接收器發(fā)射器 (UART)
• 故障檢測：CRC位錯誤檢查、窗口看門狗定時器、診斷ADC
• –55°C至+125°C的寬工作溫度

簡化框圖

低功耗高精度DAC在工業(yè)自動化中的應(yīng)用—基于TI TPS2117與AFEx8201的技術(shù)解析

在工業(yè)自動化、過程控制及傳感器接口領(lǐng)域，高精度數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）和電源管理器件是實現(xiàn)信號鏈可靠性的核心組件。德州儀器（TI）的TPS2117電源多路復(fù)用器（MUX）與AFEx8201系列DAC憑借其低功耗、高集成度和診斷功能，成為此類應(yīng)用的理想選擇。本文結(jié)合數(shù)據(jù)手冊內(nèi)容，探討其技術(shù)特性與典型應(yīng)用場景。

?二、關(guān)鍵器件特性解析?

?1. TPS2117電源多路復(fù)用器?

• ?核心功能?：支持1.6V至5.5V輸入電壓，4A連續(xù)電流輸出，提供優(yōu)先級/手動/二極管三種切換模式，適用于電池備份系統(tǒng)、電機驅(qū)動等場景。
• ?低功耗設(shè)計?：靜態(tài)電流僅1.32μA（典型值），VIN2待機電流低至50nA，顯著延長電池壽命。
• ?保護機制?：集成反向電流阻斷（RCB）、熱關(guān)斷及軟啟動功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。

?2. AFEx8201高精度DAC?

• ?分辨率與性能?：AFE88201（16位）和AFE78201（14位）提供0V至2.5V輸出范圍，積分非線性（INL）低至±4LSB（16位），總未調(diào)整誤差（TUE）≤0.1% FSR。
• ?集成診斷功能?：內(nèi)置12位ADC（3.84kSPS）可監(jiān)測內(nèi)部節(jié)點（如VREF、溫度）及外部輸入（AIN0/AIN1），支持閾值報警與自動故障響應(yīng)。
• ?低功耗與靈活性?：靜態(tài)電流170μA（典型值），支持SPI/UART通信，可編程壓擺率控制（線性/正弦模式）。

?三、典型應(yīng)用設(shè)計?

?1. 4-20mA變送器設(shè)計?

• ?架構(gòu)?：AFEx8201 DAC輸出經(jīng)XTR305電流驅(qū)動器轉(zhuǎn)換為環(huán)路電流，結(jié)合TPS2117實現(xiàn)雙電源無縫切換（如主電源+電池備份）。
• ?關(guān)鍵配置?：
  • DAC增益/偏移校準（通過DAC_GAIN/DAC_OFFSET寄存器）補償系統(tǒng)誤差。
  • 使用ADC診斷功能監(jiān)測負載電流（通過IMON引腳）及電源狀態(tài)，觸發(fā)ALARM引腳告警。

?2. 工業(yè)PLC模擬輸出模塊?

• ?電源管理?：TPS2117為AFEx8201提供冗余電源輸入，優(yōu)先級模式確保主電源失效時自動切換至備用電源。
• ?信號鏈優(yōu)化?：
  • DAC輸出配置正弦壓擺率（DAC_CFG.SR_MODE=1），減少EMI干擾。
  • ADC_AIN0/AIN1閾值寄存器（如AIN0_THRESHOLD）設(shè)置上下限，實現(xiàn)實時故障檢測。

?四、設(shè)計要點與優(yōu)化建議?

1. ?布局與散熱?：
   • TPS2117需寬走線降低寄生電感，輸入/輸出電容靠近器件放置。
   • AFEx8201的VREFIO需70-130nF低ESR電容穩(wěn)定參考電壓。
2. ?功能安全?：
   • 啟用CRC校驗（CONFIG.CRC_EN=1）和看門狗定時器（WDT），防止通信錯誤。
   • 通過ALARM_ACT寄存器配置故障動作（如DAC清零或輸出Hi-Z）。
3. ?低功耗優(yōu)化?：
   • 禁用未用ADC通道（ADC_INDEX_CFG.STOP=0），減少動態(tài)功耗。
   • TPS2117在二極管模式下可自動選擇最高電壓輸入，降低控制復(fù)雜度。

?五、結(jié)語?

TI的TPS2117與AFEx8201通過高度集成與智能化設(shè)計，解決了工業(yè)環(huán)境中電源冗余、信號精度及系統(tǒng)診斷的挑戰(zhàn)。其低功耗特性尤其適合遠程或電池供電設(shè)備，而靈活的接口與保護機制則提升了系統(tǒng)的可靠性與可維護性。未來，隨著工業(yè)4.0對實時性與安全性的更高要求，此類器件將進一步推動邊緣設(shè)備的智能化發(fā)展。