不管是用于过程控制安装还是工业自动化系统，I/O模块或现场接线盒在整个产品生命周期中都面临着各种独特的挑战。产品管理层需要决定每个产品使用多少个通道以及进行哪些组合。电子设计人员必须决定如何对项目中的各种模拟或数字信号实现出色性能以及成本高效的系统。所有不同的产品和大量接线图可能使安装技术人员心力交瘁。如果我们能够设计出一种具有极高灵活性的系统来应对这些难题，生活是不是会更轻松？
不管是用于过程控制安装还是工业自动化系统，I/O模块或现场接线盒在整个产品生命周期中都面临着各种独特的挑战。产品管理层需要决定每个产品使用多少个通道以及进行哪些组合。电子设计人员必须决定如何对项目中的各种模拟或数字信号实现出色性能以及成本高效的系统。所有不同的产品和大量接线图可能使安装技术人员心力交瘁。如果我们能够设计出一种具有极高灵活性的系统来应对这些难题，生活是不是会更轻松？ADI公司的新产品系列软件可配置输入/输出(SWIO) IC可实现此目标，它可随时支持引脚上的几乎任意功能和组合。
对于过程控制或工厂自动化中的工业可编程逻辑控制器(PLC)或分布式控制系统(DCS)，最终客户和应用的要求不同。产品经理要定义正确的产品、策略和优化是一项艰巨的任务。1一个最终客户可能需要更多模拟输出通道，如4 mA至20 mA，而另一个最终客户可能需要更多数字输入。或者这个客户的一个平台需要更多模拟通道，而另一个平台需要更多数字通道。这种困境的示例如图1所示。随着工业4.0的出现，消费者的行为和需求也发生了变化，因此，制造商需要更灵活的系统来快速轻松地适应不断变化的要求。为此，制造商不能再依赖为大众市场产品设计的固定的大规模系统和可预测的需求。相反，他们需要灵活的系统，此类系统支持快速重新配置，停机时间和资本投入也处于非常低的水平。
图1.通道数和配置可能性。
SWIO组件不仅支持其通道作为输入或输出编程，而且支持作为模拟或数字编程。此外，还可对它们进行高效设置，用于读取2线或3线RTD或热电偶。
由于软件可配置I/O可进一步用于需要更新至10BASE-T1L工业以太网系统的棕地装置，所以可将其用作为基于以太网的控制网络之间的连接桥梁。它还支持开发标准化的可配置现场I/O单元，此类单元能够在现有支持HART®的4 mA至20 mA传感器和执行器与10BASE-T1L或100米光纤回程之间进行转换。
图2显示四通道SWIO器件AD74413R，该器件旨在满足过程控制、工厂自动化或楼宇控制应用（本文重点介绍工业应用）。此器件是用于工业输入和输出操作的完全集成式整体解决方案。AD74413R具有一个16位、∑-Δ ADC和四个13位DAC，采用支持–40°C至+105°C工作温度范围的9 mm × 9 mm、64引脚LFCSP封装。每个通道均采用通过时钟高达24 MHz的SPI总线写入配置寄存器的方式来配置。用户可通过AD74413R寄存器图改进每个操作模式的默认配置。
图2.软件可配置I/O组件和典型应用示例。
AD74413R的16位、Σ-Δ ADC可通过单个转换请求测量四个通道中的一个或多个通道以及多达四个诊断输入上的电流或电压。转换速率高达4.8 kSPS，并提供可选50 Hz和60 Hz抑制滤波器。
每通道13位R-string DAC本质上是单调线性的。这些DAC支持高达25 mA的电流输出，并具有用于故障诊断的开路检测能力。同样，也可提供真正0 V到11 V的电压输出。
AD74413R具有在价格敏感应用中驱动DAC和ADC的高精度内部基准电压源，然而需要高性能时，可使用外部基准电压源。
可能的功能和操作模式
每个通道的功能概述见表1。该组件可支持电压输出、电流输出、电压输入、外部供电的电流输入、环路供电的电流输入、外部RTD测量、数字输入逻辑和环路供电的数字输入。上电或器件复位后，也有高阻抗模式作为默认功能。
表1.可能的功能选择
| 通道功能 （通过 CH_FUNC_SETUPx寄存器编程） | 示例功能 |
| 高阻抗 | 可选下拉电阻 |
| 电压输出 | 短路保护 |
| 电流输出 | 开路检测 |
| 电压输入 | 可选下拉电阻、热电偶测量模式 |
| 电流输入（外部供电） | 短路保护、HART兼容模式 |
| 电流输入（环路供电） | 短路保护、HART兼容模式 |
| 电阻测量 | 比率测量、2线或可能3线RTD |
| 数字输入逻辑 | 滤波或未滤波电压测量、防抖功能 |
| 数字输入，环路供电 | 滤波或未滤波电压测量、防抖功能 |
电压输出放大器可产生高达11 V的单极性电压。内部低电压电荷泵允许放大器产生真零输出电压。在此模式下，外部检测电阻提供电流反馈（加压测流FVMI方法），通过SENSEL_x引脚的负反馈调节正确的电压水平。
在电流输出模式下，DAC提供的电流输出（通常为0 mA至25 mA）通过检测传感器电阻（SENSEL_x和SENSEH_x引脚）上的差分电压来调节。在低阻负载情况下，要降低裸片上的功耗，可连接一个外部PMOS以通过0 mA至25 mA输出电流。
电流输入模式可支持外部供电和环路供电配置。16位Σ-Δ ADC通过检测电阻自动测量电流。可滤波检测引脚（SENSEHF_x和SENSELF_x）用于此目的。此外，这两种类型的电流输入功能都有可确保最小230 Ω接收阻抗的额外HART兼容模式。2
电压输入模式通过其中一个滤波端口(SENSELF_x)和地感使用ADC测量电压。可针对浮空电压选择额外下拉选项。在电压输入模式下，也可通过ADC中的专用范围设置获得热电偶读数。
电阻测量模式使用从2.5 V偏置电压获得的电压对外部2线RTD进行偏置。通过上拉电阻至偏置电压，可确保精确的比率测量。低激励电流可最大限度地降低功耗，从而减少RTD的自热。
数字输入模式支持IEC 61131-2 I型、II型和III型器件。阈值可通过专用寄存器编程。每个通道都有一个专用通用输出(GPO)和用户可编程防抖滤波。
稳健性和诊断
未完……
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