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Corona (MAXREFDES12#):隔离、八通道、工业数字输入电平转换器/串行器

MAXREFDES12

参考设计免责声明 参照  重要声明和免责声明  涵盖参考设计和其他Maxim资源

描述

简介


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 (PDF, 5.9MB)

工业控制、工业自动化、电机控制及过程自动化应用领域常需要二进制/数字传感器及开关,系统往往需要很多光耦来隔离传感器通道。Corona (MAXREFDES12#)子系统参考设计提供可编程逻辑控制器(PLC)数字输入模块的前端接口电路,该序列化特性极大地减少了隔离光耦的数量。参考设计支持高压输入(最高达36V),电源和数据隔离——全部集成在小尺寸封装中。Corona设计集成一个八通道数字输入电平转换器/串行器(MAX31911)、数据隔离器(MAX14850)和用于隔离电源设计的H桥变压器驱动器(MAX13256)。Corona数字输入电路方案主要用于PLC、工业自动化、过程自动化和电机控制应用领域的数字输入模块。

Figure 1. The Corona subsystem design block diagram.

图1. Corona子系统设计方框图

特征

  • 八路高压输入通道(最高36V)
  • 片上8-1串行器,SPI接口 
  • 内部5V稳压器
  • 隔离电源和数据
  • 小尺寸印制板(PCB)面积
  • 器件驱动器
  • C语言源代码示例
  • Pmod™兼容规格

  • MAXREFDES12#

    This design accepts 8 high-voltage inputs (36V, max) and provides a isolated serialized digital SPI output. The design provides complete data signal path isolation as well as power isolation. MAXREFDES12#

  • maxrefdes12fig00

    maxrefdes12fig00

  • maxrefdes12fig04

    maxrefdes12fig04

This design accepts 8 high-voltage inputs (36V, max) and provides a isolated serialized digital SPI output. The design provides complete data signal path isolation as well as power isolation.

Icon

设计,建造,测试

图中的电路板已完全组装并经过测试。

 

全部设计文件

原理图

物料清单(BOM)

软件

细节部分

细节部分

硬件详细说明

Pmod规范允许3.3V和5V模块有多种引脚分配。该模块采用3.3V或5V电源工作,采用如图所示的SPI引脚分配

表1显示了电源要求,表2则展示了目前支持的平台及端口。  

表1. Corona子系统参考设计的电源要求

Power Type Jumper Shunt Power Name Input Voltage (V) Input Current (mA, typ)
Isolated power JU1: 1–2 U3 VCAA 3.3 19.4
5 27.2
U1 VCC24V 12 13.6
24 14.5
Field power JU1: 2-3 U3 VCAA 3.3 19.4
5 27.2
U1 VCC24V 12 8.2
24 8.2

表2. 支持的平台和端口

Supported Platforms Ports
Nexys 3 platform (Spartan®-6) JA1
ZedBoard platform (Zynq®-7020) JA1

 Corona子系统为隔离、八通道、数字输入电平转换器/串行器。设计包括八通道数字输入电平转换器/串行器(MAX31911)、H桥变压器驱动器(MAX13256)和6通道数字隔离器(MAX14850)。

MAX31911 (U1)是一款工业接口串行器,对24V传感器的和开关的数字输出进行电平转换、调理和串行化处理,产生微控制器能够接受的CMOS兼容信号,适用于工业、过程控制和楼宇自动化应用。器件提供PLC数字输入模块的前端接口电路,内部集成了限流、低通滤波和通道串行化处理电路。与传统的分立电阻分压方案相比,输入限流可有效减小现场电源总线的功耗。可选择的片上低通滤波器灵活地对传感器输出进行去抖和滤波。片上串行器极大地减少了用于隔离的光耦数量。为了提高抗高频噪声和快速电气瞬变干扰能力,器件可生成多位CRC校验码,每8位数据通过SPI口发送一次校验码。片上5V稳压器可以为外部光耦、数字隔离器或其它外部5V电路供电。

MAX13256 (U2)提供隔离、实用的隔离电源方案,支持7.6V至36V直流电源,利用商用TGMR-501V6LF Halo®变压器(原边与副边匝数比为1:1)和外部板载全桥整流器将其转换为隔离7V至36V直流电源。

MAX14850 (U3)实现数据隔离,Pmod侧的电压可为3.3V或5V(用于Nexys 3和ZedBoard平台的Pmod电源输出固定为3.3V)。MAX31911侧的电压为5V。得到的组合功率和数据隔离为600VRMS。

为实用板上隔离电路,将跳线JU1上的短路器移至1–2位置,并在端子TP3和TP4之间施加7.6V至36V直流电压;如果不需要板上隔离电路,将跳线JU1上的短路器移至2-3位置,并在端子TP1和TP2之间施加7V至36V直流电压。关于跳线设置和输入电流要求的信息,请参见表1。 

Nexys 3平台固件的详细说明

Corona固件设计针对Nexys 3开发套件进行了开发和测试,设计对象是Xilinx® Spartan-6 FPGA内的MicroBlaze™软核微控制器。Nexys 3平台的FPGA项目文件位于全部设计文件部分下的固件文件中。

固件是如何初始化系统以及连续读和写MAX31911寄存器值的工作示例。简单的处理流程如图2所示。固件利用Xilinx SDK工具用C语言编写,基于Eclipse™开放源标准。利用标准Xilinx XSpi内核版本3.03a设计自定义Corona功能。SPI时钟频率设置为3.125MHz。 

Figure 2. The Corona firmware flowchart for Nexys 3 platform.

图2. Nexys 3平台的Corona固件流程图

提供完整的源代码,帮助客户加快开发。随固件平台文件提供相应的代码文件。

ZedBoard平台固件的详细说明

 Corona固件设计针对ZedBoard开发套件进行了开发和测试,设计对象为Xilinx Zynq片上系统(SoC)中的ARM® Cortex® -A9处理器。ZedBoard平台的FPGA项目文件位于全部设计文件部分下的固件文件中。

固件是如何初始化系统以及连续读和写MAX31911寄存器值的工作示例。简单的处理流程如图3所示。固件利用Xilinx SDK工具用C语言编写,基于Eclipse开放源标准。利用标准Xilinx XSpi内核版本3.03a设计自定义Corona功能。SPI时钟频率设置为3.125MHz。 

Figure 3. The Corona firmware flowchart for ZedBoard platform.

图3. ZedBoard平台的Corona固件流程图

提供完整的源代码,帮助客户加快开发。随固件平台文件提供相应的代码文件。

快速入门

设备需求:

  • 具有一个USB端口的Windows PC
  • Corona (MAXREFDES12#)电路板
  • Corona支持的平台(即Nexys 3开发套件或ZedBoard套件)
  • 24V 1A直流电源

下载、阅读并严格按照Corona快速入门指南中的步骤执行:

Corona (MAXREFDES12#) Nexys 3快速入门指南
Corona (MAXREFDES12#) ZedBoard快速入门指南

实验室操作

下图中以ZedBoard平台上系统工作的测试为例进行说明。将24V直流电源连接至TP3和TP4输入电源连接器。24V加至数字输入的通道2和通道8。其它全部数字输入接地。OLED显示的寄存器值为0x8218。LD7(对应于输入通道8)和LD1(对应于输入通道2) LED点亮。


图4. Corona子系统的实验室工作,ZedBoard平台

ARM is a registered trademark and registered service mark of ARM Limited.

Cortex is a registered trademark of ARM Limited. 
Eclipse is a trademark of Eclipse Foundation, Inc.
Halo is a registered trademark of Halo Electronics, Inc.
MicroBlaze is a trademark of Xilinx, Inc.
Nexys is a trademark of Digilent Inc.
Pmod is a trademark of Digilent Inc.
Spartan is a registered trademark of Xilinx, Inc.
Windows is a registered trademark and registered service mark of Microsoft Corporation.
Xilinx is a registered trademark and registered service mark of Xilinx, Inc.
ZedBoard is a trademark of ZedBoard.org.
Zynq is a registered trademark of Xilinx, Inc.

参数化

输入类型 Vin(Min) Vin(Max) Iout(Max) 单路/多路输出 Vout(V) Pout(W) 隔离/非隔离 拓扑
DC - 36 - - - - Isolated -

参数化

输入类型 DC
Vin(Min) -
Vin(Max) 36
Iout(Max) -
单路/多路输出 -
Vout(V) -
Pout(W) -
隔离/非隔离 Isolated
拓扑 -

Maxim设备 (4)

器件号 名称 产品线 购买 设计套件和评估模块
MAX14850 六通道数字隔离器 隔离IC 立即购买 设计套件
MAX31911 8通道、工业数字输入信号电平转换器/串行器 信号完整性 立即购买 设计套件
MAX13256 36V H桥变压器驱动器,用于隔离电源设计 隔离电源 立即购买 设计套件
MAX31913 八通道、工业数字输入电平转换器/串行器 传感器接口IC 立即购买 设计套件

Maxim设备 (4)

器件号 产品线
隔离IC
六通道数字隔离器
信号完整性
8通道、工业数字输入信号电平转换器/串行器
隔离电源
36V H桥变压器驱动器,用于隔离电源设计
传感器接口IC
八通道、工业数字输入电平转换器/串行器

设计资料 (6)

标题 类型 尺寸 日期
CAM output PDF 160KB 2019-07-09
rd12_v01_00 ZIP 45MB 2019-07-09
maxrefdes12-cad-ra ZIP 119KB 2019-07-09
rd12_nexys3_v01_00 ZIP 27MB 2019-07-09
rd12_zed_v01_00 ZIP 17MB 2019-07-09
Corona (MAXREFDES12#) BOM PDF 26KB 2019-07-09
日期 类型
2019-07-09

CAM output

(PDF, 160KB)

2019-07-09

rd12_v01_00

(ZIP, 45MB)

2019-07-09

maxrefdes12-cad-ra

(ZIP, 119KB)

2019-07-09

rd12_nexys3_v01_00

(ZIP, 27MB)

2019-07-09

rd12_zed_v01_00

(ZIP, 17MB)

2019-07-09

Corona (MAXREFDES12#) BOM

(PDF, 26KB)

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