16位、串行输入、 环路供电、4 mA至20 mA DAC AD5421 产品特性 概述 16位分辨率和单调性 AD5421是一款完整的环路供电型4 mA-20 mA数模转换器 引脚可选的NAMUR兼容范围 (DAC)，专为满足工业控制领域智能发射器制造商的需求 4 mA至20 mA 而设计。作为一种完全集成的高精度、低成本解决方案， 3.8 mA至21 mA 3.2 mA至24 mA 该器件采用紧凑型TSSOP和LFCSP封装。 NAMUR兼容报警电流 AD5421内置一路稳压输出，用于为自身及发射器中的其它 下限报警电流 = 3.2 mA 器件供电。此稳压器提供1.8 V至12 V的调节输出电压。该器 上限报警电流 = 22.8 mA/24 mA 件还内置1.22 V和2.5 V基准电压源，因而不需要分立稳压器和 总不可调整误差(TUE)：0.05%(最大值) 积分非线性(INL)误差：0.0035% FSR(最大值) 基准电压源。 输出温度系数：3 ppm/°C(典型值) AD5421可以结合标准HART® FSK协议通信电路使用，而且 静态电流：300 µA(最大值) 额定性能不会受到影响。高速串行接口能够以30 MHz速率 灵活的SPI兼容型串行数字接口采用施密特触发式输入 通过FAULT引脚或报警电流提供片内故障报警 工作，并且允许通过一个SPI兼容型三线式接口与常用的 每个写周期自动回读故障寄存器 微处理器和微控制器简单相连。 压摆率控制功能 AD5421保证16位单调性。典型条件下，积分非线性为 增益和失调调整寄存器 0.0015%，失调误差为0.0012%，增益误差为0.0006%。 片内基准源温度系数：4 ppm/°C(最大值) 可选的稳压输出 它采用28引脚TSSOP和32引脚LFCSP封装，额定温度范围 环路电压范围：5.5 V至52 V 为−40°C至+105°C扩展工业温度范围。 温度范围：−40°C至+105°C TSSOP和LFCSP封装 配套低功耗产品 HART调制解调器：AD5700、AD5700-1 应用 微控制器：ADuCM360 工业过程控制 4 mA至20 mA环路供电发射器 智能发射器 HART网络连接 功能框图 IODVDD DVDD VLOOP REG_SEL0REG_SEL1REG_SEL2 REGOUT REGIN FAULT VOLLOTOAPGE REVGOULTLAAGTOER DRIVE MONITOR SSYCNLCK REINGPISUTTER 2R4SkEΩT SDIN CONTROL LOGIC 16 16-BIT SDO GAIN/OFFSET DAC LDAC ADJUSTMENT REGISTERS COM RANGE0 RANGE1 TEMPERATURE 11.5kΩ 52Ω SENSOR ALARM_CURRENT_DIRECTION LOOP– VREF RINT/REXT AD5421 REFOUT2 REFOUT1 REFIN CIN REXT1REXT2 09128-001 图1. Rev. F Document Feedback Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other O ne Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Tel: 781.329.4700 ©2011–2013 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. Technical Support www.analog.com ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。

AD5421 目录 特性..................................................................................................1 片内ADC.................................................................................23 应用..................................................................................................1 稳压器......................................................................................23 概述..................................................................................................1 环路电流摆率控制................................................................23 配套低功耗产品............................................................................1 上电默认值.............................................................................24 功能框图.........................................................................................1 HART通信...............................................................................24 修订历史.........................................................................................3 串行接口.......................................................................................26 技术规格.........................................................................................4 输入移位寄存器.....................................................................26 交流工作特性...........................................................................9 寄存器回读.............................................................................26 时序特性....................................................................................9 DAC寄存器.............................................................................27 绝对最大额定值..........................................................................11 控制寄存器.............................................................................28 热阻..........................................................................................11 故障寄存器.............................................................................29 ESD警告...................................................................................11 失调调整寄存器.....................................................................30 引脚配置和功能描述.................................................................12 增益调整寄存器.....................................................................30 典型性能参数..............................................................................14 应用信息.......................................................................................32 术语................................................................................................20 确定预期总误差.....................................................................32 工作原理.......................................................................................21 散热和电源考量.....................................................................34 故障报警..................................................................................21 外形尺寸.......................................................................................35 外部电流设置电阻................................................................22 订购指南..................................................................................36 环路电流范围选择................................................................22 环路电源连接.........................................................................22 Rev. F | Page 2 of 36

AD5421 修订历史 2013年1月—修订版E至修订版F 2011年12月—修订版A至修订版B 移动修订历史部分.......................................................................3 增加32引脚LFCSP...................................................................通篇 更改表7.........................................................................................11 更改技术规格部分、表1.............................................................3 更改表8.........................................................................................13 更改表7.........................................................................................10 更改片内ADC部分.....................................................................23 增加图5；重新排序...................................................................11 更改表19和片内ADC传递函数公式部分..............................29 更改表8.........................................................................................11 更改图33.......................................................................................17 2012年7月—修订版D至修订版E 更改片内ADC部分.....................................................................22 更改图1和配套产品部分.............................................................1 更改图46.......................................................................................23 更改引脚LOOP-描述.................................................................12 更改图48.......................................................................................24 更改“应用信息”部分和图49.....................................................31 更改寄存器回读部分.................................................................25 增加图50.......................................................................................32 更新“外形尺寸”...........................................................................33 2012年12月-修订版C至修订版D 更改“订购指南”...........................................................................34 更改特性部分和应用部分；添加配套产品部分...................1 2011年5月—修订版0至修订版A 更改表1的电压调整率参数........................................................5 更改表8中的REGIN、REFOUT1和REFOUT2引脚描述...10 更新“外形尺寸”...........................................................................33 更改图45.......................................................................................22 2011年12月—修订版B至修订版C 更改输入移位寄存器部分、表11和寄存器回读部分........24 更改REFOUT1引脚、容性负载参数、测试条件、表1.......4 更改图48.......................................................................................30 更改REGOUT输出、容性负载参数、测试条件、表1........5 2011年2月—修订版0：初始版 更改表6的ESD参数....................................................................10 Rev. F | Page 3 of 36

AD5421 技术规格 环路电压 = 24 V；REFIN = 2.5 V外部基准电压；R = 250 Ω；连接外部NMOS；所有环路电流范围；除非另有说明， L 所有规格均相对于T 至T 而言。 MIN MAX 表1. 参数1 最小 值 典型 值 最大 值 单位 测试条件/注释 精度(内部R ) SET 分辨率 16 位 总不可调整误差(TUE)2 −0.126 +0.126 % FSR C级 −0.041 ±0.0064 +0.041 % FSR C级，T = 25°C A −0.18 +0.18 % FSR B级 −0.06 ±0.011 +0.06 % FSR B级，T = 25°C A −0.27 +0.27 % FSR A级 −0.08 ±0.011 +0.08 A级，T = 25°C A TUE长期稳定性 210 ppm FSR 1000小时后的漂移，T = 125°C A 相对精度(INL) −0.0035 ±0.0015 +0.0035 % FSR C级 −0.012 ±0.006 +0.012 % FSR B级 −0.024 ±0.01 +0.024 % FSR A级 差分非线性(DNL) −1 +1 LSB 保证单调性 失调误差 −0.056 +0.056 % FSR B级和C级 −0.008 ±0.0008 +0.008 % FSR B级和C级，T = 25°C A −0.11 ±0.0008 +0.11 % FSR A级 失调误差TC3 1 ppm FSR/°C 增益误差 −0.107 +0.107 % FSR B级和C级 −0.035 ±0.0058 +0.035 % FSR B级和C级，T = 25°C A −0.2 ±0.0058 +0.2 % FSR A级 增益误差TC3 4 ppm FSR/°C 满量程误差 −0.126 +0.126 % FSR B级和C级 −0.041 ±0.0065 +0.041 % FSR B级和C级，T = 25°C A −0.25 ±0.0065 +0.25 % FSR A级 满量程误差TC3 5 ppm FSR/°C 下限报警电流 3.19 3.21 mA 上限报警电流 22.77 22.83 mA 4 mA至20 mA和3.8 mA至21 mA范围 23.97 24.03 mA 3.2 mA至24 mA范围 精度(24 kΩ外部R ) 假设为理想电阻，仅适用于 SET B级和C级；不适用于A级 分辨率 16 位 总不可调整误差(TUE)2 −0.048 +0.048 % FSR C级 −0.027 ±0.002 +0.027 % FSR C级，T = 25°C A −0.08 +0.08 % FSR B级 −0.04 ±0.003 +0.04 % FSR B级，T = 25°C A TUE长期稳定性 40 ppm FSR 1000小时后的漂移，T = 125°C A 相对精度(INL) −0.0035 ±0.0015 +0.0035 % FSR C级 −0.012 ±0.006 +0.012 % FSR B级 差分非线性(DNL) −1 +1 LSB 保证单调性 失调误差 −0.021 +0.021 % FSR −0.007 ±0.0012 +0.007 % FSR T = 25°C A 失调误差TC3 0.5 ppm FSR/°C 增益误差 −0.03 +0.03 % FSR −0.023 ±0.0006 +0.023 % FSR T = 25°C A Rev. F | Page 4 of 36

AD5421 参数1 最小 值 典型 值 最大 值 单位 测试条件/注释 增益误差TC3 1 ppm FSR/°C 满量程误差 −0.047 +0.047 % FSR −0.028 ±0.0017 +0.028 % FSR T = 25°C A 满量程误差TC3 1 ppm FSR/°C 下限报警电流 3.08 3.21 mA 上限报警电流 22.78 23 mA 4 mA至20 mA和3.8 mA至21 mA范围 23.99 24.01 mA 3.2 mA至24 mA范围 输出特性3 环路恒流输出电压4 LOOP− + 5.5 V REG < 5.5 V，环路电流 = 24 mA OUT LOOP− + 12.5 V REG = 12 V，环路电流 = 24 mA OUT 环路电流长期稳定性 100 ppm FSR 1000小时后的漂移，T = 125°C， A 环路电流 = 12 mA，内部R SET 15 ppm FSR 1000小时后的漂移，T = 125°C， A 环路电流 = 12 mA，外部R SET 环路电流误差与REG 负载电流的 1.2 µA/mA 环路电流 = 12 mA，REG 的负载 OUT OUT 关系 电流 = 5 mA 阻性负载 0 2 kΩ 负载调整图参见图20 感性负载 50 mH 稳定工作 电源灵敏度 0.1 µA/V 环路电流 = 12 mA 输出阻抗 12 400 MΩ 输出TC 3 ppm FSR/°C 环路电流 = 12 mA，内部R SET 1 ppm FSR/°C 环路电流 = 12 mA，外部R SET 输出噪声 0.1 Hz至10 Hz 50 nA p-p 500 Hz至10 kHz 0.2 mV rms HART带宽，在500 Ω负载上测量 噪声频谱密度 195 nA/√Hz 1 kHz时 256 nA/√Hz 10 kHz时 基准电压输入(REFIN引脚)3 基准输入电压5 2.5 V 额定性能 直流输入阻抗 75 800 MΩ 基准输出 REFOUT1引脚 输出电压 2.498 2.5 2.503 V T = 25°C A 温度系数 1.5 4 ppm/°C C级 2 8 ppm/°C B级 4 10 ppm/°C A级 输出噪声(0.1 Hz至10 Hz)3 7.5 µV p-p 噪声频谱密度3 245 nV/√Hz 1 kHz时 70 nV/√Hz 10 kHz时 输出电压漂移与时间的关系3 200 ppm 1000小时后的漂移，T = 125°C A 容性负载3 10 nF 推荐工作模式 负载电流3, 6 4 mA 短路电流3 6.5 mA 短路至COM 电源灵敏度3 2 12 µV/V 热滞3 285 ppm 第一温度周期 5 ppm 第二温度周期 负载调整率3 0.1 0.2 mV/mA 0 mA和1 mA负载下测量 输出阻抗 0.1 Ω REFOUT2引脚 输出电压 1.18 1.227 1.28 V T = 25°C A 输出阻抗 72 kΩ Rev. F | Page 5 of 36

AD5421 参数1 最小 值 典型 值 最大 值 单位 测试条件/注释 REG 输出 稳压器输出 OUT 输出电压 1.8 12 V 见表10 输出电压TC3 110 ppm/°C 输出电压精度 −4 ±2 +4 % 外部可用电流3, 6 3.15 mA 假定HART通信期间环路中的 电流为4 mA 短路电流 23 mA 电压调整率3 500 V/V 内部NMOS 10 V/V 外部NMOS 负载调整率3 8 mV/mA 感性负载 50 mH 稳定工作 容性负载 2 10 µF 推荐工作模式 ADC精度 芯片温度 ±5 °C V 输入 ±1 % LOOP DV OUTPUT 可过载至最高5.5 V DD 输出电压 3.17 3.3 3.48 V 外部可用电流3, 6 3.15 mA 假定HART通信期间环路中的 电流为4 mA 短路电流 7.7 mA 负载调整率 45 mV/mA 0 mA和3 mA负载下测量 数字输入3 SCLK, SYNC, SDIN, LDAC 输入高电压V 0.7 × IODV V IH DD 输入低电压V 0.25 × IODV V IL DD 迟滞 0.21 V IODV = 1.8 V DD 0.63 V IODV = 3.3 V DD 1.46 V IODV = 5.5 V DD 输入电流 −0.015 +0.015 µA 每引脚 引脚电容 5 pF 每引脚 数字输出3 SDO引脚 输出低电压V 0.4 V OL 输出高电压V IODV − 0.5 V OH DD 高阻抗漏电流 −0.01 +0.01 µA 高阻抗输出电容 5 pF FAULT引脚 输出低电压V 0.4 V OL 输出高电压V IODV − 0.5 V OH DD 故障阈值 I 欠流 I − 0.01% FSR mA LOOP LOOP I 过流 I + 0.01% FSR mA LOOP LOOP 温度1 40°C 133 °C 温度 ≤ 125°C时故障消除 温度1 00°C 90 °C 温度 ≤ 85°C时故障消除 V 6V 0.3 V V ≥ 0.4 V时故障消除 LOOP LOOP V 12V 0.6 V V ≥ 0.7 V时故障消除 LOOP LOOP Rev. F | Page 6 of 36

AD5421 参数1 最小 值 典型 值 最大 值 单位 测试条件/注释 电源要求 REG 5.5 52 V 相对于LOOP− IN IODV 1.71 5.5 V 相对于COM DD 静态电流 260 300 µA 1 温度范围：−40°C至+105°C；+25°C(典型值)。 2 总不可调整误差是AD5421经工厂校准后的总测量误差(失调误差 + 增益误差 + 线性误差 + 整个温度范围内的输出漂移)。系统级总误差可以利用失调和增 益寄存器降低。 3 通过设计和特性保证，但未经生产测试。 4 LOOP−与REG 之间的电压必须为5.5 V或更大。 IN 5 AD5421经过工厂校准，条件是将外部2.5 V基准电压源连接到REFIN。 6 这是输出能够流出的电流。负载电流源自环路，因而是总功耗值的一部分。 Rev. F | Page 7 of 36

AD5421 环路电压 = 24 V；REFIN = REFOUT1(2.5 V内部基准电压)；R = 250 Ω；连接外部NMOS；所有环路电流范围； L 除非另有说明，所有规格均相对于T 至T 而言。 MIN MAX 表2. C级 参数1, 2 最小 值 典型 值 最大 值 单位 测试条件/注释 精度(内部R ) SET 总不可调整误差(TUE)3 −0.157 +0.157 % FSR −0.117 ±0.0172 +0.117 % FSR T = 25°C A 相对精度(INL) −0.004 +0.004 % FSR −0.004 ±0.0015 +0.004 % FSR T = 25°C A 失调误差 −0.04 +0.04 % FSR −0.025 ±0.0025 +0.025 % FSR T = 25°C A 失调误差TC 1 ppm FSR/°C 增益误差 −0.128 +0.128 % FSR −0.093 ±0.0137 +0.093 % FSR T = 25°C A 增益误差TC 5 ppm FSR/°C 满量程误差 −0.157 +0.157 % FSR −0.117 ±0.0172 +0.117 % FSR T = 25°C A 满量程误差TC 6 ppm FSR/°C 精度(24 kΩ外部R ) 假设为理想电阻 SET 总不可调整误差(TUE)3 −0.133 +0.133 % FSR −0.133 ±0.0252 +0.133 % FSR T = 25°C A 相对精度(INL) −0.004 +0.004 % FSR −0.004 ±0.0015 +0.004 % FSR T = 25°C A 失调误差 −0.029 +0.029 % FSR −0.029 ±0.0038 +0.029 % FSR T = 25°C A 失调误差TC 0.5 ppm FSR/°C 增益误差 −0.11 +0.11 % FSR −0.106 ±0.0197 +0.106 % FSR T = 25°C A 增益误差TC 2 ppm FSR/°C 满量程误差 −0.133 +0.133 % FSR −0.133 ±0.0252 +0.133 % FSR T = 25°C A 满量程误差TC 2 ppm FSR/°C 1 温度范围：−40°C至+105°C；+25°C(典型值)。 2 规格通过设计和特性保证，未经生产测试。 3 总不可调整误差是AD5421经工厂校准后的总测量误差(失调误差 + 增益误差 + 线性误差 + 整个温度范围内的输出漂移)。系统级总误差可以利用失调和增 益寄存器降低。 Rev. F | Page 8 of 36

AD5421 交流工作特性 环路电压 = 24 V；REFIN = 2.5 V外部基准电压；R = 250 Ω；除非另有说明，所有规格均相对于T 至T 而言。 L MIN MAX 表3. 参数1 最小 值 最小 值 最大 值 单位 测试条件/注释 动态性能 环路电流建立时间 50 µs 至0.1% FSR，C = 开路 IN 环路电流压摆率 400 µA/µs C = 开路 IN 交流环路电压灵敏度 1.3 µA/V 1200 Hz至2200 Hz，5 V p-p，R = 3 kΩ L 1 温度范围：−40°C至+105°C；+25°C(典型值)。 时序特性 环路电压 = 24 V；REFIN = 2.5 V外部基准电压；R = 250 Ω；所有规格均相对于T 至T 而言。 L MIN MAX 表4. 参数1, 2, 3 在T 、T 的限值 单位 描述 MIN MAX t 33 ns(最小 值) SCLK周期时间 1 t 17 ns(最小值) SCLK高电平时间 2 t 17 ns(最小 值) SCLK低电平时间 3 t4 17 ns(最小 值) SYNC 下降沿到SCLK下降沿建立时间 t 10 ns(最小 值) SCLK下降沿到SYNC上升沿 5 t 25 µs(最小 值) 最小SYNC高电平时间 6 t 5 ns(最小 值) 数据建立时间 7 t 5 ns(最小 值) 数据保持时间 8 t9 25 µs(最小 值) SYNC 上升沿到LDAC下降沿 t10 10 ns(最小 值) LDAC 低电平脉冲宽度 t 70 ns(最大值 ) SCLK上升沿到SDO有效(C SDO = 30 pF) 11 L t12 0 ns(最小 值) SYNC 下降沿到SCLK上升沿建立时间 t13 70 ns(最大值 ) SYNC 上升沿至SDO三态(CL SDO = 30 pF) 1 通过设计和特性保证，但未经生产测试。 2 所有输入信号均指定t = t = 5 ns(DV 的10%到90%)，并从1.2 V电平起开始计时。 R F DD 3 参见图2和图3。 表5. SPI看门狗超时时间 参数1 T0 T1 T2 最小 值 典型 值 最大 值 单位 0 0 0 43 50 59 ms 0 0 1 87 100 117 ms 0 1 0 436 500 582 ms 0 1 1 873 1000 1163 ms 1 0 0 1746 2000 2326 ms 1 0 1 2619 3000 3489 ms 1 1 0 3493 4000 4652 ms 1 1 1 4366 5000 5814 ms 1 规格通过设计和特性保证，未经生产测试。 Rev. F | Page 9 of 36

AD5421 时序图 t12 t1 SCLK 1 2 8 9 10 11 12 22 23 24 t3 t2 SDIN D23 D16 D15 D14 D13 D2 D1 D0 t4 t7 t8 t13 D15 D14 D13 D2 D1 D0 SDO t6 t11 t5 SYNC t9 t10 LDAC 09128-002 图2. 串行接口时序图 SCLK 1 8 9 24 1 8 9 24 SDIN D23 D16 D15 D0 D23 D16 D15 D0 INPUT WORD SPECIFIES REGISTER TO BE READ NOP OR REGISTER ADDRESS SDO D15 D0 UNDEFINED DATA SYNC SPECIFIED REGISTER DATA CLOCKED OUT 09128-003 图3. 回读时序图 Rev. F | Page 10 of 36

AD5421 绝对最大额定值 T除非另有说明，T = 25°C。100 mA以下的瞬态电流不会造 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损 A 成SCR闩锁。 坏。这只是额定最值，并不能以这些条件或者在任何其它 超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，推断器件 表6. 能否正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响 参数 额定值 REG 至COM −0.3 V至+60 V 器件的可靠性。 IN REG 至COM −0.3 V至+14 V OUT 热阻 COM RANGE0、RANGE1、RINT/ −0.3 V至DV + 0.3 V或+7 V REXT、ALARM_CURRENT_ (取较小者) DD θ 针对最差条件；即器件焊接在电路板上以实现表贴封装。 JA DIRECTION、REG_SEL0、 REG_SEL1、REG_SEL2的数字 表7. 热阻 输入 封装类型 θ θ 单位 COM SCLK、SDIN、SYNC、LDAC的 −0.3 V至IODV + 0.3 V或+7 V JA JC 数字输入 (取较小者) DD 28引脚TSSOP_EP (RE-28-2) 32 9 °C/W COM SDO、FAULT的数字输出 −0.3 V至IODV + 0.3 V或+7 V 32引脚LFCSP_WQ (CP-32-11) 40 7 °C/W DD (取较小者) REFIN至COM −0.3 V至+7 V ESD警告 REFOUT1、REFOUT2 −0.3 V至+4.7 V V 至COM −0.3 V至+60 V ESD(静电放电)敏感器件。 LOOP LOOP−至COM −5 V至+0.3 V 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放电。 DV 至COM −0.3 V至+7 V 尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇到高 DD IODV 至COM −0.3 V至+7 V 能量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采取适当 DD R 、C 至COM −0.3 V至+4.3 V 的ESD防范措施，以避免器件性能下降或功能丧失。 EXT1 IN R 至COM −0.3 V至+0.3 V EXT2 DRIVE至COM −0.3 V至+11 V 工作温度范围(T ) A −40°C至+105°C 工业 −65°C至+150°C 存储温度范围 125°C 结温(T ) (T − T )/θ J MAX J MAX A JA 功耗 JEDEC工业标准J-STD-020 引脚温度，焊接(10秒) ESD 人体模型 3 kV 场感应充电器件模型 2 kV 机器放电模型 200 V Rev. F | Page 11 of 36

AD5421 引脚配置和功能描述 IODSVDDOD 12 2287 RREEGGIONUT CNYSKLCSODSVDOIDDGERTUOGERNIEVIRDCN SCLK 3 26 DRIVE 2313039282726252 SYNC 4 25 VLOOP SDIN 5 AD5421 24 LOOP– SDIN 1 24 VLOOP LDAC 6 (NToOt Pto V SIEcaWle) 23 REXT2 LDAC 2 PININD I1CATOR 23 LOOP– FADUVLDDT 78 2221 RCEINXT1 FADCUVOLDMDT 345 ATODP5 V4IE2W1 222210 RRCEEINXXTT21 ALARM_CURRENT_DIRECTION 9 20 REFOUT1 ALARM CURRENT DIRECTION 6 (Not to Scale) 19 REFOUT1 RINT/REXT 10 19 REFOUT2 RINT/REXT 7 18 REFOUT2 RANGE0 11 18 REFIN RANGE 0 8 17 REFIN RANGE1 12 17 REG_SEL0 COM 13 16 REG_SEL1 901112131415161 NOTES COM 14 15 REG_SEL2 CN1 EGNAMOCMOC2LES_G1LES_G0LES_GCN 1.TPOHOPETT IEEMNXUTPMIOA TSLH EAEDSR PTMAHADELD CLPOEEM RSF HPOOINRU MALANDND BC TEEO C. OA NCNOEPCPTEERD P TLOA NTHEE F OSARME 09128-004 N1.ONTOE SCONNECT. DO NORT CONNERECERT TERO THIS PIN. 2.TSPHALEAM NEEEX P PFOOOTSREE NODTP IPATAILMD AUDSML ET T HSHEHE OCROMULMADL P BPINEE RACFNOODNR NTMOEAC ANT CECEDO. PTPOE TRHE 09128-100 图4. TSSOP引脚配置 图5. LFCSP引脚配置 表8. 引脚功能描述 引脚编号 TSSOP LFCSP 引脚名称 描述 1 29 IODV 数字接口电源引脚。数字阈值参考施加于此引脚的电压。1.71 V至5.5 V电压可施加于此引脚。 DD 2 30 SDO 串行数据输出。用于从输入移位寄存器逐个输出数据。数据在SCLK上升沿逐个输出，而且在 SCLK下降沿有效。 3 31 SCLK 串行时钟输入。数据在SCLK下降沿读入输入移位寄存器。此输入的工作时钟速率最高达30 MHz。 4 32 SYNC 帧同步输入，低电平有效。这是串行接口的帧同步信号。当SYNC处于低电平时，数据在SCLK 下降沿传输。输入移位寄存器数据在SYNC的上升沿锁存。 5 1 SDIN 串行数据输入。数据必须在SCLK的下降沿有效。 6 2 LDAC 加载DAC输入，低电平有效。此引脚用于更新DAC寄存器和输出电流。当LDAC永久接为低电平 时，在SYNC的上升沿更新DAC寄存器。如果LDAC在写入周期保持高电平，输入寄存器会更 新，但输出直到LDAC的下降沿才会更新。LDAC引脚不能悬空。 7 3 故障 故障报警输出引脚，高电平有效。检测到故障时，此引脚置为高电平。可检测的故障包括SPI 接口失控、通信错误(PEC)、环路电流超出范围、环路电压不足和过温。详见“故障报警”部分。 8 5 DV 3.3 V数字电源输出。此引脚应通过100 nF和4.7 μF电容去耦至COM。 DD 9 6 ALARM_ 报警电流方向选择。此引脚用于选择报警电流是上限(22.8 mA/24 mA)还是下限(3.2 mA)。此引 CURRENT_ 脚连接到DV 时，选择上限报警电流(22.8 mA/24 mA)；此引脚连接到COM时，选择下限报警电 DD DIRECTION 流(3.2 mA)。详见“上电默认值”部分。 10 7 RINT/REXT 电流设置电阻选择。此引脚连接到DV 时，选择内部电流设置电阻。此引脚连接到COM时， DD 选择外部电流设置电阻。外部电阻可以连接在R 与R 引脚之间。 EXT1 EXT2 11, 12 8, 10 RANGE0, 数字输入引脚。这两个引脚选择环路电流范围(参见“环路电流范围选择”部分)。 RANGE1 Rev. F | Page 12 of 36

AD5421 引脚编号 TSSOP LFCSP 引脚名称 描述 13, 14 4, 11, 12 COM AD5421的接地基准引脚。建议在LOOP−和COM引脚之间放置4.7 V齐纳二极管。详见“应用信息” 部分。 15, 16, 13, 14, 15 REG_SEL2, 这三个引脚一起用于选择调节器输出(REG )电压(参见“电压调节器”部分)。 OUT 17 REG_SEL1, REG_SEL0 18 17 REFIN 基准电压输入。针对额定性能，V = 2.5 V。 REFIN 19 18 REFOUT2 内部基准电压输出(1.22 V)。建议在此引脚与COM之间连接一个100 nF电容。 20 19 REFOUT1 内部基准电压输出(2.5 V)。建议在此引脚与COM之间连接一个100 nF电容。 21 20 CIN 外部电容连接和HART FSK输入。从C 连接到COM的外部电容实现输出压摆率控制功能(参见“环路 IN 电流压摆率控制”部分)。HART FSK信号也可以通过一个连接到此引脚的电容耦合(参见“HART通 信”部分)。 22, 23 21, 22 R , R 外部电流设置电阻的连接引脚。可以在这些引脚之间连接一个精密24 kΩ电阻以改善性能。 EXT1 EXT2 24 23 LOOP− 环路电流回路引脚。 As shown in Figure 1, the COM and LOOP− pins can be used to sense the loop current across the internal 52 Ω resistor.注意：LOOP−处测得的电压相对于COM是负值。 25 23 V 电压输入引脚。电压输入范围为0 V至2.5 V。施加于此引脚的电压经数字化转换为8位，可在故 LOOP 障寄存器中获得。此引脚可以用于通用电压监控，但主要用于监控环路电源电压。如果将环 路电压通过一个20:1电阻分压器连接到此引脚，则AD5421可以监控并反馈环路电压。如果环 路电压接近最小工作电压值，则AD5421也会产生一个报警信号(参见“环路电压故障”部分)。 26 26 DRIVE 外部耗尽型MOSFET的栅极连接引脚。详见“连接到环路电源”部分。 27 27 REG 稳压器输入。环路电压可以直接连接到此引脚，或者为了降低片内功耗，可以将一个外部调 IN 整管连接到此引脚以阻断环路电压。详见“连接到环路电源”部分。 28 28 REG 稳压器输出。可以通过REG_SEL0、REG_SEL1和REG_SEL2引脚选择1.8 V至12 V范围内的值(参见 OUT “电压调节器”部分)。如果REGOUT驱动一个微转换器电源(见图49)，此引脚应通过1 μF以上电容去耦 至COM。 N/A1 9, 16, 25 NC 不连接。请勿连接该引脚。 EPAD EPAD 裸露焊盘 裸露焊盘应连接到与COM引脚相同的电位，并连接到铜层以实现最佳散热性能。 1 N/A表示不适用。 Rev. F | Page 13 of 36

AD5421 典型性能参数 1.0 0.015 EXT VREF, INT RSET 0.8 EXT VREF, EXT RSET INT VREF, INT RSET 0.6 0.010 INT VREF, EXT RSET R) 0.4 S R (LSB) 0.2 OR (% F0.005 O 0 R R R R E L E –0.2 ET 0 IN –0.4 VELXOTO NPM =O 2S4V OFFS –0.6 TRAL O=A 2D5 =°C 250Ω –0.005 VLOOP = 24V 4mA TO 20mA RANGE 4mA TO 20mA RANGE –0.8 EXT VREF RLOAD = 250Ω EXT RSET EXT NMOS –1.0 –0.010 0 10k 20k D3A0Ck CODE40k 50k 60k 09128-005 –40 –15 1T0EMPERA3T5URE (°C)60 85 09128-008 图6. 积分非线性误差与代码的关系 图9. 失调误差与温度的关系 1.0 0.03 0.8 0.02 0.6 0.01 B) 0.4 SR) 0 LS 0.2 % F DNL ERROR ( ––00..420 VELXOTO NPM =O 2S4V GAIN ERROR (–––000...000321 VE4RmLXLOOTAOA NTDPM O ==O 222S045mV0ΩA RANGE –0.6 4TRmAL OA=A 2TD5O =° C 2205m0ΩA RANGE –0.04 EEXXTT VVRREEFF,, IENXTT R RSSEETT –0.8 EXT VREF –0.05 INT VREF, INT RSET EXT RSET INT VREF, EXT RSET –1.0 –0.06 0 10k 20k D3A0Ck CODE40k 50k 60k 09128-006 –40 –15 1T0EMPERA3T5URE (°C)60 85 09128-009 图7. 微分非线性误差与代码的关系 图10. 增益误差与温度的关系 0.01 0.0012 RLOAD = 250Ω TA = 25°C 0.0010 R) 0 4mA TO 20mA RANGE MAX INL S F 0.0008 % OR (–0.01 R) 0.0006 ERR–0.02 % FS 0.0004 UNADJUSTED ––00..0043 VREF EXT, RSET EXT, NMOS EXT, 24V INL ERROR (–00..000000220 V4RmLLOOAOA TDP O == 222045mV0ΩA RANGE EEIINNXXTTTT VV VVRRRREEEEFFFF,, ,,EI NEINXXTTT TR RR RSSSESEETETTT L VREF EXT, RSET EXT, NMOS INT, 24V TA VREF EXT, RSET EXT, NMOS INT, 52V –0.0004 TO–0.05 VREF INT, RSET INT, NMOS EXT, 24V MIN INL VREF INT, RSET INT, NMOS INT, 24V –0.0006 VREF INT, RSET INT, NMOS INT, 52V –0.06 –0.0008 0 10k 20k D3A0Ck CODE40k 50k 60k 09128-007 –40 –15 1T0EMPERA3T5URE (°C)60 85 09128-010 图8. 总不可调整误差与代码的关系 图11. 积分非线性误差与温度的关系 Rev. F | Page 14 of 36

AD5421 0.5 0.0006 MAX INL 0.4 0.0004 0.3 MAX DNL ROR (LSB) 00..012 V4RmLLOOAOA TDP O == 222045mV0ΩA RANGE OR (% FSR) 0.00020 R R DNL E–0.1 MIN DNL NL ER–0.0002 MIN INL –0.2 I RLOAD = 250Ω –0.3 –0.0004 TA = 25°C 3.8mA TO 21mA RANGE –0.4 EXT VREF EXT RSET –0.5 –0.0006 –40 –15 1T0EMPERA3T5URE (°C)60 85 09128-011 0 10 LO2O0P SUPPL3Y0 VOLTAG4E0 (V) 50 60 09128-014 图12. 差分非线性误差与温度的关系 图15. 积分非线性误差与环路电源电压的关系 0.04 0.0029 0.03 R) R) 0.0027 S S F 0.02 F % % R ( 0.01 R ( 0.0025 O O R R R 0 R E E 0.0023 D D E –0.01 E T T US VLOOP = 24V US 0.0021 DJ –0.02 4mA TO 20mA RANGE DJ UNA –0.03 REXLOTA NDM =O 2S50Ω UNA 0.0019 TOTAL ––00..0054 EEINXXTTT V VVRRREEEFFF, ,,I NIENTXT TR R RSSESETETT TOTAL 0.0017 RT3E.AXL8 OTm=A VA2DR5 T=E°OC F2 5201ΩmA RANGE INT VREF, EXT RSET EXT RSET –0.06 0.0015 –40 –15 1T0EMPERA3T5URE (°C)60 85 09128-012 0 10 LO2O0P SUPPL3Y0 VOLTAG4E0 (V) 50 60 09128-015 图13. 总不可调整误差与温度的关系 图16. 总不可调整误差与环路电源电压的关系 0.04 0.0024 RLOAD = 250Ω 0.03 TA = 25°C 0.0022 3.8mA TO 21mA RANGE % FSR) 00..0012 FSR) 0.0020 EEXXTT RVRSEEFT LL-SCALE ERROR ( –––000...0003210 V4REmXLLOOTAOA NTDPM O ==O 222S045mV0ΩA RANGE OFFSET ERROR (% 000...000000111864 FU –0.04 EXT VREF, INT RSET EXT VREF, EXT RSET 0.0012 –0.05 INT VREF, INT RSET INT VREF, EXT RSET –0.06 0.0010 –40 –15 1T0EMPERA3T5URE (°C)60 85 09128-013 0 10 LO2O0P SUPPL3Y0 VOLTAG4E0 (V) 50 60 09128-016 图14. 满量程误差与温度的关系 图17. 失调误差与环路电源电压的关系 Rev. F | Page 15 of 36

AD5421 0.0015 4.70 RLOAD = 250Ω RLOAD = 250Ω 0.0010 3ET.AX8 Tm= VA2R5 T°EOCF 21mA RANGE OM (V)4.65 3EIL.XO2TmO PVA R= TE 2OF4 m24AmA RANGE 0.0005 EXT RSET O R) DR4.60 S A R (% F 0 GE HE4.55 O–0.0005 A AIN ERR–0.0010 CE VOLT4.50 G–0.0015 LIAN4.45 P M –0.0020 O4.40 C –0.0025 4.35 0 10 LO2O0P SUPPL3Y0 VOLTAG4E0 (V) 50 60 09128-017 –40 –20 0 TEM2P0ERATU4R0E (°C)60 80 100 09128-020 图18. 增益误差与环路电源电压的关系 图21. 恒流输出电压裕量与温度的关系 0.0030 7 VLOOP = 24V EXT NMOS 0.0025 6 RLOAD = 250Ω SR) µA) ITLAO O= P2 5=° 2C0mA RROR (% F 00..00002105 T ERROR ( 54 E N FULL-SCALE 00..00001005 RTAL O=A 2D5 =°C 250Ω LOOP CURRE 32 0 3.8mA TO 21mA RANGE 1 EXT VREF EXT RSET –0.0005 0 0 10 LO2O0P SUPPL3Y0 VOLTAG4E0 (V) 50 60 09128-018 0 0.5 1.0 R1E.G5OUT2 .L0OAD2 .C5URR3.E0NT (3m.5A) 4.0 4.5 5.0 09128-021 图19. 满量程误差与环路电源电压的关系 图22. 环路电流误差与REG 负载电流的关系 OUT 2000 8 TA = 25°C V) 1750 EILXOTO PV R=E 2F4mA OR (µ 6 EXT RSET ST 1500 SI 4 CE (Ω) 1250 AD RE 2 N O SISTA 1000 50Ω L 0 E 2 R S AD 750 OS–2 O OPERATING AREA R L 500 E AC–4 VELXOTO NPM =O 2S4V 250 TAG–6 EILXOTO PV R=E 4FmA OL RLOAD = 250Ω V TA = 25°C 0 –8 0 10 LOOP2 S0UPPLY VO3L0TAGE (V)40 50 09128-019 0 1 2 3 T4IME (S5econd6s) 7 8 9 10 09128-022 图20. 负载电阻负载调整与环路电源电压 图23. 环路电流噪声，0.1 Hz至10 Hz带宽 (LOOP−与REG 之间的电压)的关系 IN Rev. F | Page 16 of 36

AD5421 1.0 0.244 OR (mV) 0.8 VEINLXTOT OV NPRM E=FO 2S4V ITRLALO OO=A P2D 5= =° 4C 5m0A0Ω 10..323mmVV r mp-sp 0.242 ITOAD =V 2D5D° C= 1.8V ST 0.6 0.240 ESI 0.4 A) DECREASING Ω LOAD R 0.02 RRENT (µ 00..223368 0 U OSS 50 –0.2 DV CDD00..223324 ACR –0.4 IO INCREASING E –0.6 0.230 G A LT –0.8 0.228 O V –1.0 0.226 0 0.1 0.2 0.3 0T.I4ME (0S.e5con0d.s6) 0.7 0.8 0.9 1.0 09128-023 0 0.5DIGITAL LOG1IC.0 VOLTAGE (V1).5 2.0 09128-027 图24. 环路电流噪声，500 Hz至10 kHz带宽(HART带宽) 图27. IODV 电流与数字逻辑电压的关系， DD 提高和降低，IODV = 1.8 V DD 6 0.60 V) IODVDD = 3.3V R ( FALLING TA = 25°C O T 5 S RESI A)0.55 LOAD (cid:0) 4 VELXOTO NPM =O 2S4V RENT (µ DECREASING INCREASING SS 250 3 CTRALIN O= =A 2 DO5 =°PC E25N0 CΩIRCUIT CURDD0.50 RO 2 DV C O E A RISING I0.45 G A 1 T L O V 0 0.40 –40 –30 –20 –10 TIME0 (µs) 10 20 30 40 09128-025 0 0.5 1D.I0GITAL 1L.O5GIC V2O.L0TAGE 2(.V5) 3.0 3.5 09128-028 图25. 满量程环路电流阶跃 图28. IODV 电流与数字逻辑电压的关系， DD 提高和降低，IODV = 3.3 V DD 6 1.3 V) IODVDD = 5V R ( FALLING TA = 25°C O 1.2 T 5 S DECREASING SI RE A) 1.1 SS 250 LOAD (cid:0) 43 CTVERALXLINO OT= O=A N2 DP25M 2==°OnC 22FS45V0(cid:0) CURRENT (µDD 10..09 INCREASING O V R 2 D C O 0.8 A I E RISING G TA 1 0.7 L O V 0 0.6 –1.0 –0.5 0 0.5 TIM1E. 0(ms) 1.5 2.0 2.5 3.0 09128-026 0 1 DIG2ITAL LOGI3C VOLTAG4E (V) 5 6 09128-029 图26. 满量程环路电流阶跃，C = 22 nF 图29. IODV 电流与数字逻辑电压的关系， IN DD 提高和降低，IODV = 5 V DD Rev. F | Page 17 of 36

AD5421 REGOUT LOAD CURRENT (mA) 3.5 0 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 OLTAGE (V)11111.....8888854321 VETALXO T=O N2P5M =°OC 2S4V 0–––––221155050 GE CHANGE (mV) UTPUT VOLTAGE (V) 1223....5050 –––51100500 T VOLTAGE CHANGE (mV) REG VOUT111...877098 –––433050 EG VOLTAOUT DV ODD 01..50 VELXOTO NPM =O 2S4V –200 DV OUTPUDD 11..77760 2 REG4OUT LOAD6 CURRENT8 (mA) 10 12––5405 R 09128-030 00TA = 25°C1 DVDD L2OAD CURRE3NT (mA) 4 5–250 09128-101 图30. REG 电压与负载电流的关系 图33. DV 输出电压与负载电流的关系 OUT DD 263.5 4 TA = 25°C 263.0 3 262.5 V) RRENT (µA) 226612..50 GE NOISE (µ 12 NT CU 261.0 OLTA 0 SCE 260.5 T1 V –1 QUIE 225690..50 REFOU –2 –3 VLOOP = 24V 259.0 EXT NMOS TA = 25°C 258.5 –4 0 10 LO2O0P SUPPL3Y0 VOLTAG4E0 (V) 50 60 09128-031 0 1 2 3 T4IME (S5econd6s) 7 8 9 10 09128-034 图31. 静态电流与环路电源电压的关系 图34. REFOUT1电压噪声，0.1 Hz至10 Hz带宽 266 3.0 1 VLOOP = 24V EXT NMOS 265 UIESCENT CURRENT (µA) 222226666601234 VVTAIIHL === 2CI5OO°DCMVDD REFOUT1 VOLTAGE (V) 2211....5050 –––0321 UT1 VOLTAGE CHANGE (mV) Q 259 FO 258 0.5 VLOOP = 24V –4 RE EXT NMOS TA = 25°C 257–40 –20 0 TEM2P0ERATU4R0E (°C)60 80 100 09128-032 00 1 RE2FOUT1 L3OAD CUR4RENT (m5A) 6 7–5 09128-035 图32. 静态电流与温度的关系 图35. REFOUT1电压与负载电流的关系 Rev. F | Page 18 of 36

AD5421 2.5012 250 60 DEVICES SHOWN VLOOP = 24V EXT NMOS 2.5010 RLOAD = 250Ω 2.5008 200 ILOOP = 3.2mA AGE (V)2.5006 cimal) 150 OUT1 VOLT22..55000024 C CODE (De 100 F2.5000 D E A R 2.4998 50 2.4996 2.4994 0 –40 –20 0 TEM2P0ERATU4R0E (°C)60 80 100 09128-036 –40 –20 0 DIE TE20MPERA4T0URE (°C6)0 80 100 09128-038 图36. REFOUT1电压与温度的关系(60个C级器件) 图38. 片内ADC代码与芯片温度的关系 30 250 MEAN TC = 1.5ppm/°C VLOOP = 24V EXT NMOS 25 TA = 25°C 200 %)20 mal) ON ( Deci 150 ULATI15 ODE ( P C 100 O C P10 D A 50 5 0 0 00.250.500.75T1.00EM1.25PE1.50RA1.75TU2.00RE 2.25CO2.50EF2.75FIC3.00IEN3.25T 3.50(pp3.75m/°4.00C)4.254.504.755.00 09128-037 0 0.5 VLOOP P1I.N0 INPUT VO1L.5TAGE (V) 2.0 2.5 09128-039 图37. REFOUT1温度系数直方图(C级器件) 图39. 片内ADC代码与V 引脚输入电压的关系 LOOP Rev. F | Page 19 of 36

AD5421 术语 环路恒流输出电压裕量 总不可调整误差 环路恒流输出电压裕量是指输出电流与编程值相等情况下 总不可调整误差(TUE)衡量总输出误差，最大TUE包括INL LOOP−与REGIN引脚之间的最小电压。 误差、失调误差、增益误差和整个温度范围内的输出漂 移。TUE用% FSR表示。 输出温度系数(TC) 输出TC衡量12 mA输出电流随温度的变化，用ppm FSR/°C 相对精度或积分非线性(INL)误差 表示。 相对精度或积分非线性(INL)误差是指输出电流与通过传递 函数端点的直线之间的最大偏差，用% FSR表示。 基准电压热滞 基准电压源热迟滞是+25°C时测得的输出电压与温度从 差分非线性(DNL)误差 +25°C到−40°C到+105°C最后回到+25°C完成整个变化周期 微分非线性(DNL)误差是指任意两个相邻码之间所测得变 时测得的输出电压之间的偏差，其额定值针对的是第一和 化值与理想的1 LSB变化值之间的差异。最大±1 LSB的额定 第二温度循环，表示为mV。 差分非线性可确保单调性。 基准电压温度系数(TC) 失调误差 基准电压源TC衡量基准输出电压随温度的变化。它利用黑 失调误差衡量将零电平代码载入DAC寄存器时的输出误 盒法计算，即将TC定义为基准输出电压在给定温度范围内 差，用% FSR表示。 的最大变化，用ppm/°C表示，计算公式如下： 失调误差温度系数(TC) 失调误差TC衡量失调误差随温度的变化，用ppm FSR/°C 表示。 增益误差 其中： 增益误差衡量DAC的量程误差，是DAC传递函数的斜率与 V 是在整个温度范围内测得的最大基准输出电压。 REF_MAX 理想值的偏差，用% FSR表示。 V 是在整个温度范围内测得的最小基准输出电压。 REF_MIN V 是标称基准输出电压2.5 V。 增益误差温度系数(TC) REF_NOM Temp_Range为额定温度范围(−40°C至+105°C)。 增益误差TC衡量增益误差随温度的变化，用ppm FSR/°C 表示。 满量程误差 满量程误差衡量将满量程代码载入DAC寄存器时的输出误 差，用% FSR表示。 满量程误差温度系数(TC) 满量程误差TC衡量满量程误差随温度的变化，用ppm FSR/°C表示。 Rev. F | Page 20 of 36

AD5421 工作原理 AD5421是一款集成器件，设计用于环路供电型4-20 mA智能 对于数据回读的情况，如果用一个32位帧寻址AD5421，则 发射器应用。AD5421在单芯片内提供如下特性和功能：16位 它会产生8位帧校验序列并将其添加到24位数据流的末 DAC和电流放大器，用于对环路电流进行数字控制；用于 尾，以构成一个32位数据流。 为整个发射器供电的稳压器；基准电压源；故障报警功 能；灵活的SPI兼容型串行接口；增益和失调调整寄存 UPDATE ON SYNC HIGH SYNC 器；以及其它特性和功能。下面说明AD5421的特性。 故障报警 SCLK AD5421提供多个故障报警特性。所有故障信号均通过 MDS23B LDS0B FAULT引脚和故障寄存器提供给控制器。如果AD5421与 SDIN 24-BIT DATA 微控制器之间的通信丧失(SPI故障)，AD5421就会将环路 24-BIT DATA TRANSFER—NO ERROR CHECKING 电流设置为报警值。如果控制器检测到FAULT引脚变为高 电平，控制器应读取故障寄存器以确定故障原因。 SYNC ONLYU IPFD EARTREO ARF CTEHRE CSKY NPCA SHSIGEHD SPI故障 如果没有任何有效的信息被发送到AD5421的任一寄存器， SCLK MSB LSB 并且这种状况的持续时间超过了用户定义的周期，则SPI D31 D8 D7 D0 故障置位。用户可以使用控制寄存器的SPI看门狗超时Bits SDIN 24-BIT DATA 8-BIT FCS 设置该周期。故障寄存器的SPI故障位在总线上显示错 FAULT PIN GOES HIGH 误此。环由路于电故流障也原被因强是制控设制置器为与报A警D值54。21 之间的通信丧失，因 FAULT 32-BIT DATA TRANSFER WITIHF EERRRROORR CCHHEECCKKI NFAGILS 09128-049 图40. PEC时序 报警电流的方向(下限或上限)通过ALARM_CURRENT_ 电流环路故障 DIRECTION引脚选择，此引脚连接到DV 时，选择上限 DD 当实际环路电流不在所设环路电流的±0.01% FSR范围内时， 报警电流(22.8 mA/24 mA)；此引脚连接到COM时，选择下 电流环路(I )故障置位。如果测得的环路电流小于设置 限报警电流(3.2 mA)。 LOOP 的环路电流，则故障寄存器的I Under bit置1。如果测得 LOOP 分组差错校验(PEC) 的环路电流大于设置的环路电流，则故障寄存器的I LOOP 为验证噪声环境下数据接收是否正确，AD5421提供了一个 Over bit置1。无论何种情况，FAULT引脚都会变为逻辑高 基于8位循环冗余校验(CRC)的纠错选项。向AD5421写入 电平。 一个32位串行帧(其中最低有效的8位是帧校验序列FCS) 当AD5421流出的负载电流值(通过REG 、REFOUT1、 OUT 时，数据包纠错(PEC)使能。负责控制AD5421的器件应使 REFOUT2或DV )大于设置的目标环路电流时，即发生 DD 用下列多项式生成8位 FCS： I 过流状况。当负载电阻过大或环路电源电压过低而导 LOOP C(x) = x 8 + x 2 + x + 1 致恒流输出电压不足以支持设置的环路电流时，即发生 I 欠流状况。 8位 FCS被添加到数据字末尾，即在SYNC变为高电平之前 LOOP 有32个数据位被发送到AD5421。如果校验有效，则接受数 过温故障 据。如果校验失败，则FAULT引脚置位，同时故障寄存器 故障寄存器中有两个过温报警位：Temp 100°C和Temp 的PEC Bit置1。读取故障寄存器后，PEC Bit复位为低电平， 140°C。如果AD5421的芯片温度超过100°C或140°C，相关 FAULT引脚也变回低电平。 的位就会置1。如果故障寄存器中的Temp 140°C Bit置1， FAULT引脚就会变为逻辑高电平。 Rev. F | Page 21 of 36

AD5421 环路电压故障 环路电流范围选择 故障寄存器中有两个环路电压报警Bits：V 12 V和V 若要选择环路电流范围，请按照表9所示将RANGE0和 LOOP LOOP 6 V。如果V 与COM引脚之间的电压降至0.6 V(对应于12 V RANGE1引脚连接到COM和DV 引脚。 LOOP DD 环路电源电压值)以下，V 12 V位就会置1；当该电压回 LOOP 表9. 选择环路电流范围 到0.7 V以上时，此位清0。同样，如果V 与COM引脚之 LOOP RANGE1引脚 RANGE0引脚 环路电流范围 间的电压降至0.3 V(对应于6 V环路电源电压值)以下，V LOOP COM COM 4 mA至20 mA 6 V位就会置1；当该电压回到0.4 V以上时，此位清0。如果 COM DV 3.8 mA至21 mA DD 故障寄存器中的V 6 V位置1，FAULT引脚就会变为逻辑 DV COM 3.2 mA至24 mA LOOP DD 高电平。 DVDD DVDD 3.8 mA至21 mA 图41说明电阻分压器如何支持利用VLOOP输入来监控环路 连接到环路电源 电源。 AD5421由4 mA至20 mA电流环路供电。通常来说，电源远 该电阻分压器建议由一个1 MΩ电阻和一个19 MΩ电阻组成， 离发射器，其值为24 V。AD5421可以直接连接到环路电源， 以提供20:1的比值，使得V 引脚的2.5 V输入范围能够监控 耐压范围可达52 V(参见图42)。 LOOP 最高达50 V的环路电源。 采用20:1的分压比时，故障寄存器的VLOOP 6 V和VLOOP 12 V REGIN 预设报警位根据其所设定的值产生环路电源故障信号。如 AD5421 VLOOP 果使用其它分压比，故障Bit产生故障信号所依据的值将不 DRIVE RL 是6 V和12 V。 LOOP– COM 09128-050 REGIN 图42. AD5421直接连接到环路电源 AD5421 19MΩ VLOOP 图42显示了AD5421如何直接连接到环路电源。图43显示了 VLOOP 1MΩ RL 另一种电源连接，AD5421与环路电源之间连接一个耗尽型 N沟道MOSFET，使用该器件可将AD5421上的压降保持在 LOOP– 大约12 V，从而将最差情况片内功耗限制在288 mW(12 V × COM 09128-048 2环4 路m电A 源= ，28则8 对mW于)2。4 V如的果环A路D5电42源1按，照可图能4的2所最示差直情接况连片接内到功 图41. VLOOP引脚的电阻分压器连接 耗为576 mW(24 V × 24 mA = 576 mW)。功耗与环路电源电 压成比例。 外部电流设置电阻 图1所示的24 kΩ电阻R 用于将DAC输出电压转换为电流， SET 然后以221的增益镜像到LOOP−引脚。环路电流在整个温 DN2540 T1 度范围内的稳定性取决于RSET的温度系数。 BSP129 表1和表2给出了AD5421在内部R 电阻和外部24 kΩ R 电 200kΩ SET SET 阻下的性能规格。使用内部R 电阻时，可以获得优于 REGIN SET 0.126% FSR的总不可调整误差。使用外部电阻时，该性能提 AD5421 VLOOP 高到0.048% FSR。这一指标假设使用理想电阻，实际的性能 DRIVE RL 取决于所用电阻的绝对值和温度系数。详见“确定预期总 LOOP– COM 误差”部分。 09128-051 图43. 通过MOSFET将AD5421连接到环路电源 Rev. F | Page 22 of 36

AD5421 片内ADC 对于4 mA至20 mA和3.8 mA至21 mA环路电流范围，DAC的 AD5421内置一个片内ADC，用于测量芯片温度或V 与 电阻典型值为15.22 kΩ。选择3.2 mA至24 mA的环路电流范 LOOP COM引脚之间的电压，并将其反馈给故障寄存器。控制寄 围时，DAC电阻变为16.11 kΩ。 存器的选择ADC输入Bit(Bit D8)选择要转换的参数。命令字 该电路的时间常数表示为： 节00001000(仅当自动故障回读禁用时才需要)启动转换， τ = R × C DAC SLEW 该命令字节会使ADC上电并执行转换。读取故障寄存器可 假设达到最终值需要5个时间常数的时间，则C 可以根 返回转换结果。如果要求自动回读故障寄存器，则首先必 SLEW 据所需的响应时间t确定： 须将控制寄存器的片内ADC Bit(Bit D7)置1，以使ADC上电。 t 由于FAULT引脚可在长达30μs的时间内保持高电平，在回 C = SLEW 5× R 读V 电压后执行芯片温度测量时必须小心。从V 测 DAC LOOP LOOP 量切换到芯片温度测量时，不应在切换后30 μs内读取FAULT 其中： 引脚，因为可能出现误触发(故障寄存器内容不受影响)。 t为输出电流达到最终值所需的时间。 R 为DAC内核的电阻15.22 kΩ或16.11 kΩ，取决于选定的 电压调节器 环D路AC电流范围。 片内稳压器提供调节电压输出，以便为AD5421和发射器电 对于5 ms的响应时间， 路的其余部分供电。输出电压范围为1.8 V至12 V，由三个 数字输入引脚的状态进行选择(参见表10)。稳压器输出通 C = 5ms ≈68nF 过REG 引脚提供。 SLEW 5×15,220 OUT 表10. 设置稳压器输出 对于10 ms的响应时间， REG_SEL2 REG_SEL1 REG_SEL0 调节输出电 压(V) 10ms C = ≈133nF COM COM COM 1.8 SLEW 5×15,220 COM COM DV 2.5 DD 这些配置下的响应曲线如图45所示。 COM DV COM 3.0 DD COM DV DV 3.3 DD DD 6 DVDD COM COM 5.0 V) CSLEW = 68nF DV COM DV 9.0 R ( DD DD O T 5 DV DV COM 12.0 S DD DD SI E D R 4 环路电流压摆率控制 OA CSLEW = 267nF 环路电流的变化率可以通过CIN引脚与COM引脚之间连接 50 Ω L 3 CSLEW = 133nF 的一个外部电容控制，这样有助于降低环路电流的变化 S 2 S O 率。DAC的输出电阻(R )与C 电容一起产生一个时间 R 2 DAC SLEW AC 常数，该时间常数决定环路电流的响应(见图44)。 E G A 1 T L O V 0 RDAC CCISNLECWIRVC-TUOIT-IRY LOOP– 09128-052 CIN引脚也–2图可45以. 压用2摆作率H控A制R6下T 的T4FI MmSE1KA0 (信m至s2)号0 m的1A4耦阶合跃响输1应8入。H2A2R09128-053T 信 图44. 压摆率控制电容电路 号必须交流耦合到C 输入。上述计算中必须考虑耦合 IN HART信号的电容，总电容等于C + C 。详见“HART SLEW HART 通信”部分。 Rev. F | Page 23 of 36

AD5421 上电默认值 为实现500 Hz的高通3 dB截止频率，C 和C 的组合值 HART SLEW AD5421上电时，所有寄存器加载默认值，报警状态中的环 应为21 nF。为确保电流环路上的HART信号具有正确的幅度， 路电流设置为3.2 mA或22.8 mA/24 mA(取决于ALARM_ 电容的最终值应为：C = 4.7 nF，C = 16.3 nF。 HART SLEW CURRENT_DIRECTION引脚的状态和选定的范围)。 静默期间的输出噪声和模拟变化率 AD5421将保持该状态，直到写入新值。SPI看门狗定时器 AD5421对HART通信协议相关的两个重要参数有直接影 默认使能，超时时间为1秒。如果AD5421在上电后的1秒内 响：静默期间的输出噪声和模拟变化率。图24给出了 没有通信发生，FAULT引脚就会置位。 AD5421在HART扩展带宽中的输出噪声测量结果：噪声为 HART通信 0.2 mV rms，在要求的2.2 mV rms范围内。 AD5421可以与可寻址远程传感器高速通道(HART)调制解 为了满足模拟变化率要求，4 mA至20 mA电流的变化率必 调器接口，以便通过2线环路连接支持HART数字通信。图46 须足够慢，不会干扰HART数字信号。这可以通过如下方 显示了调制解调器频移键控(FSK)输出与AD5421的连接 法来确定：让一个满量程环路电流变化通过一个500 Ω负载 方式。 电阻，并将由此产生的电压信号提供给HART数字滤波器 (HCF_TOOL-31)，该信号在滤波器输出端的峰值幅度必 须小于150 mV。为此，环路电流的变化率必须限制在大约 200kΩ 1.3 mA/ms以下。 REGIN AD5421输出的自然压摆率约为880 mA/ms，该速率太大， AD5421 VLOOP 不符合HART通信要求。为降低压摆率，可以按照“环路电 DRIVE RL 流压摆率控制”部分所述，在C 引脚与COM引脚之间连接 IN LOOP– 一个电容。为了充分降低压摆率以便符合HART要求，需要大 CIN COM 约4.7 µF的电容值，由此产生的满量程转换时间为500 ms。 许多应用会认为该时间太慢，如果是这样的话，则需要通 CSLEW CHART 过数字方式控制压摆率，方法是将一系列代码写入DAC寄 HART 存器，使得输出响应符合期望的曲线。 MODEM HART_OUT HART_IN 09128-054 图波4器7显输示出了。经从过图数47可字以控看制出的，满滤量波程器阶输跃出以信及号由的此峰获值得幅的度滤 图46. 连接HART调制解调器与AD5421 小于要求的150 mV，转换时间约为30 ms。 为在环路上获得1 mA p-p FSK电流信号，C 引脚的电压必 IN 须为111 mV p-p。假设HART调制解调器提供500 mV p-p输 12 150 V) 出CSL，EW则电该容的信值号：必 须衰减4.5倍。下式可以用来计算CHART和 SISTOR ( 10 100 ER (mV) E T R L C + C AD 8 50 L FI1 4.5 = HARCT SLEW Ω LO GITAOL-3 HART 500 6 0 T DI_TO 从环路该上等H式A可R知T ，FCSKHA信RT与号的CSL幅EW度的。比电值容为的1比绝3对.5，值该设比置值环设路置电 CROSS 4 –50 OF HARHCF 流的响应时间，以及连接于C 引脚的HART信号的可用带 GE A PUT 宽，该带宽必须通过从500 Hz到IN10 kHz的频率。上述两个电容 LTA 2 –100 OUT O V 与内部阻抗R 形成一个高通滤波器，该高通滤波器的 0 –150 3 dB频率应低于DAC500 Hz，可通过下式计算： –50 –30 –10TIME (ms)10 30 50 09128-060 1 图47. 经过数字控制的满量程阶跃以及由此获得的 f3dB = 2×π×R ×(C +C ) HART数字滤波器输出信号 DAC HART SLEW Rev. F | Page 24 of 36

AD5421 图48给出了测量所用的电路图。47 nF的C 值和168 nF的 HART C 值为数字阶跃提供充分的滤波，确保阶跃不引起干扰。 SLEW REGIN AD5421 VLOOP RL LOOP– CIN COM 168nF 47nF FROM HART MODEM 09128-061 图48. 图47所用的电路图 Rev. F | Page 25 of 36

AD5421 串行接口 AD5421通过多功能三线式串行接口进行控制，接口的工作 地址/命令字节 功能 时钟频率高达30 MHz，并且与SPI、QSPI™、MICROWIRE® 00000011 写入失调调整寄存器 和DSP标准兼容。图2给出了时序图。接口采用连续或非连 00000100 写入增益调整寄存器 00000101 加载DAC 续选通突发时钟脉冲工作。 00000110 强制报警电流 写序列开始于SYNC信号的下降沿，数据在SCLK下降沿通 00000111 复位(器件复位后，建议等待 过SDIN数据线输入。在SYNC上升沿，24位数据被锁存， 50 μs再写入下一个命令) 00001000 启动V /温度测量 然后传输到相关的寄存器并执行规定的功能(DAC输出改 LOOP 00001001 无操作 变或工作模式改变)。 10000001 读取DAC寄存器 如果需要使用循环冗余校验码在SPI接口上执行数据包纠 10000010 读取控制寄存器 错校验，则必须将额外的8 Bits写入AD5421，形成一个32位串 10000011 读取失调调整寄存器 10000100 读取增益调整寄存器 行接口。这种情况下，待32位数据写入AD5421后，SYNC 10000101 读取故障寄存器 变为高电平。 在加载DAC、强制报警电流、复位、启动V /温度测量 输入移位寄存器 LOOP 或无操作命令字节后写入的16 Bits数据字为无关位(参见表 输入移位寄存器为24位(如果需要对数据进行CRC纠错校 12和表13)。 验，则为32位)。24/32位字宽的数据在串行时钟输入SCLK 的控制下优先载入器件的MSB位。输入移位寄存器由8位 寄存器回读 地址/命令字节、16位数据字和可选的8位 CRC组成，如表 若要回读寄存器，必须将控制寄存器的Bit D11设为逻辑1， 以禁用故障寄存器的自动回读功能。在读取命令后写入的 12和表13所示。 16 Bits数据字为无关位(参见表12和表13)。 地址/命令字节解码如表11所示。 通过读取命令访问的寄存器数据在后续写入命令中通过 表11. 地址/命令字节功能 SDO逐个输出(参见图3)。 地址/命令字节 功能 00000001 入DAC寄存器 00000010 写入控制寄存器 表12. 输入移位寄存器 MSB LSB D23 D22 D21 D20 D19 D18 D17 D16 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 地址/命令字节 数据字 表13. 带CRC的输入移位寄存器 MSB LSB D31 D30 D29 D28 D27 D26 D25 D24 D23 D22 D21 D20 D19 D18 D17 D16 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 地址/命令字节 数据字 CRC Rev. F | Page 26 of 36

AD5421 DAC寄存器 对于3.8 mA至21 mA输出范围，环路电流可以表示为： DAC寄存器是一个读/写寄存器，其编址描述如表11所示。写 17.2mA 入DAC寄存器的数据决定环路电流，如“理想输出传递函 ILOOP =  216  ×D + 3.8mA 数”部分和表15所示。 对于3.2 mA至24 mA输出范围，环路电流可以表示为： 理想输出传递函数 20.8mA 传递函数描述写入DAC寄存器的数据与环路电流之间的关 ILOOP =  216  ×D + 3.2mA 系，由下列三个公式表示。 其中D为DAC寄存器的十进制值。 对于4 mA至20 mA输出范围，环路电流可以表示为： 16mA ILOOP =  216  ×D + 4mA 表14. DAC寄存器Bit映射 MSB LSB D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 16位数据 表15. DAC寄存器代码与理想环路电流之间的关系(增益 = 65,536；失调 = 0) 理想环路电流(mA) DAC寄存器代码 4 mA至20 mA范围 3.8 mA至21 mA范围 3.2 mA至24 mA范围 0x0000 4 3.8 3.2 0x0001 4.00024 3.80026 3.2003 … … … … 0x7FFF 11.9997 12.39974 13.5997 0x8000 12 12.4 13.6 … … … … 0xFFFE 19.9995 20.99947 23.9994 0xFFFF 19.9997 20.99974 23.9997 Rev. F | Page 27 of 36

AD5421 控制寄存器 控制寄存器是一个读/写寄存器，其编址描述如表11所示。写入控制寄存器的数据决定AD5421的工作模式。 表16. 控制寄存器Bit映射 MSB LSB D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SPI看门狗超时 SPI看门狗 自动故障 SPI故障时 设置最小 选择 片内ADC 关断内部 V 保留 LOOP 定时器 回读 报警 环路电流 ADC 基准电压源 故障 T0 T1 T2 输入 报警 表17. 控制寄存器Bit功能描述 控制位 描述 SPI看门狗 用户可以通过T0、T1和T2 Bit设置看门狗超时时间。对AD5421的任一寄存器执行有效的写操作时，或者写入NOP命 超时 令时，看门狗定时器复位。 T0 T1 T2 超时时间 0 0 0 50 ms 0 0 1 100 ms 0 1 0 500 ms 0 1 1 1 sec(默认) 1 0 0 2 sec 1 0 1 3 sec 1 1 0 4 sec 1 1 1 5 sec SPI看门狗 0 = SPI看门狗定时器使能(默认)。 定时器 1 = SPI看门狗定时器禁用。 自动故障回读 该Bit决定每次执行写操作时是否自动通过SDO引脚逐个输出故障寄存器的内容。(故障寄存器总是可供回读。) 0 = 故障寄存器内容通过SDO引脚输出(默认)。 1 = 故障寄存器内容不通过SDO引脚输出。 SPI故障时报警 该Bit决定检测到SPI故障时(即看门狗定时器超时)是否将环路电流驱动至报警值。当检测到SPI故障时，故障寄存器 的SPI故障Bit和FAULT引脚始终会置1。 0 = 检测到SPI故障时将环路电流驱动至报警值(默认)。 1 = 检测到SPI故障时不将环路电流驱动至报警值。 设置最小环路 0 =正常工作(缺省)。 电流 1 = 环路电流设置为最小值，环路中流动的总电流仅包括AD5421及其相关电路的工作电流。 选择ADC输入 0 = 片内ADC测量V 与COM引脚之间的电压(默认)。 LOOP 1 = 片内ADC测量AD5421芯片的温度。 片内ADC 0 = 片内ADC禁用(默认)。 1 = 片内ADC使能。 关断内部基准 0 = 内部基准电压源上电(默认)。 电压源 1 = 内部基准电压源关断，需要使用外部基准电压源。 V 故障报警 该位决定当V 与COM引脚之间的电压降至约0.3 V时，FAULT引脚是否置1。(故障寄存器的V 6 V位始终会置1)。 LOOP LOOP LOOP 0 = 当V − COM电压降至约0.3 V时，FAULT引脚不置1。 LOOP 1 = 当V − COM电压降至约0.3 V时，FAULT引脚置1。 LOOP Rev. F | Page 28 of 36

AD5421 故障寄存器 故障寄存器是一个只读寄存器，其编址描述如表11所示。故障寄存器中的各位表示一系列可能的故障状况。 表18. 故障寄存器Bit映射 MSB LSB D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SPI PEC I I 温度 温度 V V V /温度值 LOOP LOOP LOOP LOOP LOOP 过流 欠流 140°C 100°C 6 V 12 V 表19. 故障寄存器Bit功能描述 FAULT 故障报警 引脚置1 描述 SPI 是 此Bit置1表示SPI接口信号丢失。如果没有任何有效的信息通过SPI接口发送到AD5421，并且这种状况持续 的时间超过用户定义的超时时间，就会发生这种故障。如果控制寄存器的位D10设为逻辑0，则发生该故障 时，环路电流会被驱动至报警值。报警电流的方向由ALARM_CURRENT_DIRECTION引脚的状态决定。 PEC(数据包 是 当利用循环冗余校验(CRC)差错检测方法检测到SPI通信错误时，此Bit置1。详见“数据包纠错”部分。 纠错) I 过流 是 当实际的环路电流大于设置的环路电流时，此Bit置1。 LOOP I 欠流 是 当实际的环路电流小于设置的环路电流时，此Bit置1。 LOOP 温度140°C 是 此Bit置1表示发生过温故障。当AD5421的芯片温度超过约140°C时，该位置1。当温度又回到约125°C以下 时，该位清0。 温度100°C 否 此Bit置1表示AD5421的温度不断提高。当AD5421的芯片温度超过约100°C时，该位置1。当温度又回到约 85°C以下时，该位清0。 V 6V 是 当V 与COM引脚之间的电压降至约0.3 V(代表6 V环路电源电压、在使用20:1电阻分压器连接于V 的情况) LOOP LOOP LOOP 以下时，该Bit置1。当电压又回到约0.4 V以上时，该Bit清0。 V 12V 否 当V 与COM引脚之间的电压降至约0.6 V(代表12 V环路电源电压、在使用20:1电阻分压器连接于V 的情况) LOOP LOOP LOOP 以下时，该Bit置1。当电压又回到约0.7 V以上时，该Bit清0。 V /温度值 不适 用 这8 Bits代表V 与COM引脚之间的电压或AD5421芯片温度，具体取决于控制寄存器Bit D8的设置(参见“片 LOOP LOOP 内ADC传递函数公式”部分)。 8位值 V − COM电压(V) 芯片温度(°C) LOOP 00000000 0 +312 … … … 11111111 2.49 −86 片内ADC传递函数公式 芯片温度的传递函数公式为： 用于测量VLOOP与COM引脚之间电压的传递函数公式为： 芯片温度 = (−1.559 × D) + 312 VLOOP − COM = (2.5/256) × D 其中D是片内ADC返回的8位数字代码。 其中D是片内ADC返回的8位数字代码。 Rev. F | Page 29 of 36

AD5421 失调调整寄存器 失调调整寄存器是一个读/写寄存器，其编址描述如表11所示。 表20. 失调调整寄存器Bit映射 MSB LSB D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 16位失调调整数据 表21. 失调调整寄存器调整范围 失调调整寄存器数据 数字失调调整(LSB) 65535 +32767 65534 +32766 … … 32769 +1 32768(默认值) 0 32767 −1 … … 1 −32767 0 −32768 增益调整寄存器 增益调整寄存器是一个读/写寄存器，其地址如表11所示。 表22. 增益调整寄存器Bit映射 MSB LSB D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 16位增益调整数据 表23. 增益调整寄存器调整范围 增益调整寄存器数据 满量程输出时的数字增益调整(LSB) 65535(默认值) 0 65534 −1 … … 32769 −32767 32768 −32768 32767 −32769 … … 1 −65534 0 −65535 Rev. F | Page 30 of 36

AD5421 失调和增益调整值的传递函数公式 对于3.2 mA至24 mA输出范围，环路电流可以表示为： 考虑失调调整和增益调整寄存器值时，传递函数可以用下 列公式表示。 20.8mA    × Gain   216   对于4 mA至20 mA输出范围，环路电流可以表示为： I = × D LOOP  216    16mA      × Gain   216   ILOOP =  216 × D + 3.2mA+ 20.281m6 A × (Offset − 32,768) 其中：  16mA  + 4mA+  216  × (Offset − 32,768) DGa为inD为A增C寄益存调器整的寄十存进器制的值十。进 制值。 Offset为失调调整寄存器的十进制值。 对于3.8 mA至21 mA输出范围，环路电流可以表示为： 注意，失调调整寄存器无法下调零电平输出值。 17.2mA    × Gain   216   I = × D LOOP  216       17.2mA  + 3.8mA+  216  × (Offset − 32,768) Rev. F | Page 31 of 36

AD5421 应用信息 图49给出了AD5421配置在HART智能发射器中的典型连接 超过5 V，则应在COM与LOOP−引脚之间放置一个4.7 V低 图。这种支持HART的智能发射器是ADI公司开发的参考 泄漏齐纳二极管以保护AD5421，如图49所示。 演示电路。该电路(功能框图见图50)已通过验证，并注册 确定预期总误差 为HART通信基金会认证的HART解决方案。 AD5421可以采用多种不同的配置，每种配置实现不同的精 为了降低芯片的功耗，可以按照图49所示在环路电压与 度，如表1和表2所示。内部基准电压源和内部R 使能 SET AD5421之间连接一个耗尽型MOSFET(T1)，如DN2540或 时，在−40°C至+105°C的温度范围内，C级器件可以实现满 BSP129。如果环路电压较低，则不需要插入T1，环路电压 量程范围0.157%的最大总误差。 可以直接连接到REG (参见图42)。在图49中，所有接口信 IN 其它配置则要求使用外部基准电压源和/或外部R 电阻， 号线都连接到微控制器。为了减少接口信号线的数量，可 SET 这些配置中的性能规格假设外部基准电压源和外部R 电 以将LDAC信号连接到COM，而SDO和FAULT线可以不连 SET 阻是理想的。因此，为了确定整体性能，必须将这些元件 接，但这种配置会禁用故障报警功能。 的相关误差增加到数据手册规格中，具体性能取决于这些 在正常工作条件下，COM与LOOP−之间的电压不超过1.5 V， 元件的特性。 LOOP−电压相对于COM为负值。如果LOOP−电压相对于 COM可能为正值，或者LOOP−与COM之间的电压差可能 OPTIONAL EMC FILTER OPTIONAL 10µF MOSFET T1 DN2540 BSP129 4.7µF 0.1µF 200kΩ IODVDD DVDD REGOUT REGIN RANGE0 VLOOP ARLAANRGME_1CURRENT_DIRECTION DVLROIVOEP 19MΩ RL RINT/REXT 1MΩ SYNC SCLK AD5421 LOOP– SDIN SDO REXT1 VZ = 4.7V ADuCM360 FAULT R1 LCDOAMC SEL0 SEL1 SEL2 REXT2 OREPSTIISOTNOARL REFOUT2 _ _ _ G G G REFOUT1 REFIN RE RE RE CIN COM R1 470Ω 0.1µF SETS REGULATOR 0.1µF VOLTAGE 1µF 47nF 168nF VCC AD5700/AD5700-1 TXD HART_OUT RXD RTS REF CD 1µF 1.2MΩ 300pF 150kΩ ADC_IP AGND DGND 1.2MΩ 150pF 09128-055 图49. HART智能发射器中的AD5421应用图 Rev. F | Page 32 of 36

AD5421 3.3V ADuCM360 AD5421 VDD 3.3V REGIN PRESSURE V-REGULATOR + SENSOR ADC 0 MICRO- SIMULATION CONTROLLER VLOOP SRAM FLASH ADC LEXC CLOCK TEMPERATURE RESET SPI SENSOR TEMPERATURE WATCHDOG SENSOR PT100 ADC 1 COM DAC COM WATCHDOG 50 Ω TEST CONNECTOR TIMER T1: CD T TT23:: RCTOSM UAR CIN LOOP– – T4: TEST 3.3V VCC AD5700 HART_OUT C_HART C_SLEW REF HART HART MODEM INPUT ADC_IP FILTER AGND DGND 09128-200 图50. 框图—ADI公司支持HART的智能发射机参考演示电路 Rev. F | Page 33 of 36

AD5421 为了确定最差情况的绝对总误差，可以将基准电压源和 调节高值环路电流时，如果AD5421的引脚上出现高压，就 R 的误差与AD5421额定最大误差直接相加。例如，当使 可能发生结温过高的情况。最终的结温与环境温度有关。 SET 用外部基准电压源和外部R 电阻时，AD5421的最大误差 表24列出了器件在最高环境温度和最大电源电压下工作的 SET 为满量程范围的0.048%。假设基准电压源和R 电阻的绝 边界条件，图51和图52以图形方式显示了该信息。这些图 SET 对误差分别为0.04%和0.05%，温度系数分别为3 ppm/°C和 表假设裸露焊盘连接到约6 cm2大的铜层上。 2 ppm/°C，则最差情况的总误差为： 最差情况误差 = AD5421误差 + V 绝对误差 + V TC + 4.5 REF REF R 绝对误差 + R TC 4.0 SET SET 3.5 最差情况误差 = 0.048% + 0.04% + [(3/106) × 100 × 145]% + W) TSSOP N ( 3.0 0.05% + [(2/106) × 100 × 145]% = 0.21% FSR O TI A 2.5 这况绝就对是A误D差54值21，工误作差在达−4到0°该C至值+的10可5°能C温性度极范小围，内因的为最各差器情件 DISSIP 2.0 LFCSP R 的温度系数不是向同一方向漂移，因而会抵消一部分误差。 WE 1.5 O P 因此，TC值应以平方和的平方根形式增加到总误差中。 1.0 0.5 在零电平和满量程处执行两点校准，从而将基准电压和 R可SE以T电进阻一的步绝改对善误性差能降。至执1行 LS校B准或后0.0，01最5%大 F总SR误的差组变合为误：差 ， 00 20 AMBIE4N0T TEMPE6R0ATURE (°C8)0 100 09128-103 图51. 最大功耗与环境温度的关系 总误差 = 60 0.048%+0.0015%+ (0.0435%)2+(0.029%)2 =0.102%FSR TSSOP 50 若还要进一步降低此误差，则必须选择温度系数更低的基 准电压源和RSET电阻。 GE (V) 40 LFCSP A 散热和电源考虑 LT O 30 V AD5421设计的最大工作结温为125°C。为使产品终生都能 Y L P 以额定性能可靠地工作，必须确保器件不在可能引起结温 UP 20 S 超过此值的条件下工作。 10 0 40 50 AM60BIENT TE70MPERAT8U0RE (°C)90 100 09128-102 图52. 最大电源电压与环境温度的关系 表24. 散热和电源考虑(未连接外部MOSFET) 参数 描述 32引脚LFCSP 28引脚TSSOP 最大功耗 在105°C环境温度下工作时的最 T −T 125−105 T −T 125 −105 大容许功耗 JMAX A = =500 mW J MAX A = = 625mW θ 40 θ 32 JA JA 最高环境温度 采用52 V电源供电并调节22.8 mA T −P ×θ = T −(P ×θ )= 环路电流时的最高容许环境温度 JMAX D JA JMAX D JA 125−((52×0.0228)×40)=77°C 125 − ((52×0.0228)×32) =87°C 最大电源电压 在105°C环境温度下工作并调节 T −T 125−105 T −T 125 −105 22.8 mA环路电流时的最大容许电 JMAX A = =21V J MAX A = = 27V I ×θ 0.0228×40 I ×θ 0.0228× 32 源电压 LOOP JA LOOP JA Rev. F | Page 34 of 36

AD5421 外形尺寸 5.10 0.30 5.00 SQ 0.25 PIN 1 4.90 0.18 INDICATOR PIN 1 25 32 INDICATOR 24 1 0.50 BSC EXPOSED 3.65 PAD 3.50 SQ 3.45 8 17 0.50 16 9 0.25 MIN TOP VIEW 0.40 BOTTOM VIEW 0.30 3.50 REF 0.80 0.75 FOR PROPER CONNECTION OF 0.05 MAX THE EXPOSED PAD, REFER TO 0.70 0.02 NOM THE PIN CONFIGURATION AND COPLANARITY FUNCTION DESCRIPTIONS 0.08 SECTION OF THIS DATA SHEET. SEATING 0.20 REF PLANE COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-220-WHHD. 04-02-2012-A 图53. 32引脚引脚架构芯片级封装[LFCSP_WQ] 5 mm x 5 mm，超薄体 (CP-32-11) 尺寸单位：mm 9.80 5.55 9.70 5.50 9.60 5.45 28 15 4.50 3.05 4.40 EXPOSED PAD 3.00 4.30 (PinsUp) 2.95 1 6.40 14 BSC PIN1 INDICATOR TOPVIEW BOTTOMVIEW 1.05 0.20 1.20MAX 1.00 0.09 FORPROPERCONNECTIONOF 0.80 0.25 THEEXPOSEDPAD,REFERTO THEPINCONFIGURATIONAND SEATING 0.15MAX 8° 0.75 FSUENCCTITOIONNODFETSHCISRIDPATTIOANSSHEET. PLANE 0.30 0.65BSC 0.05MIN 0° 0.60 0.19 COPLANARITY 0.45 COMPLIANTT0O.1J0EDECSTANDARDSMO-153-AET 05-08-2006-A 图54. 28引脚裸露焊盘、超薄紧缩小型封装[TSSOP_EP] (RE-28-2) 尺寸单位：mm Rev. F | Page 35 of 36

AD5421 订购指南 型号1 温度范围 封装描述 封装选项 AD5421ACPZ-REEL7 −40°C至+105°C 32引脚 LFCSP_WQ CP-32-11 AD5421BCPZ-REEL7 −40°C至+105°C 32引脚 LFCSP_WQ CP-32-11 AD5421BREZ −40°C至+105°C 28引脚 TSSOP_EP RE-28-2 AD5421BREZ-REEL −40°C至+105°C 28引脚 TSSOP_EP RE-28-2 AD5421BREZ-REEL7 −40°C至+105°C 28引脚 TSSOP_EP RE-28-2 AD5421CREZ −40°C至+105°C 28引脚 TSSOP_EP RE-28-2 AD5421CREZ-RL −40°C至+105°C 28引脚 TSSOP_EP RE-28-2 AD5421CREZ-RL7 −40°C至+105°C 28引脚 TSSOP_EP RE-28-2 EVAL-AD5421SDZ 评估板 1 Z = 符合RoHS标准的器件。 ©2011–2013 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D09128sc-0-1/13(E) Rev. F | Page 36 of 36