消除噪音,创建更简洁的 PLC 设计

在工厂自动化中使用的可编程逻辑控制器 (PLC)是任何工业自动化设计的基本必需品。简而言之，它们是专门用于控制机器和过程的工业计算机，设计用于在恶劣的工业环境中工作。

PLC 有各种形状和大小，但主要可以按其输入/输出 (I/O) 数量进行细分：一些采用固定外壳，具有预定的 I/O 数量，而另一些则是模块化的，具有可扩展的 I/O 能力。无论哪种类型，PLC 主要包括：

· 中央处理单元 (CPU)，它控制逻辑、监控和通信。

· 电源，根据需要为 CPU 和 I/O 模块提供稳压直流电源(来自线路电源或 24V DC)。

· I/O 模块，用于测量和收集数据以及控制电机和执行器。I/O 模块的选择和构建取决于所需的操作类型。

在这篇博文中，我将重点介绍 PLC 的模拟 I/O 模块以及使用高性能低压差稳压器 (LDO)解决方案来提供最佳性能。

模拟量输入模块将电压或电流信号转换为数字量供 CPU 使用;这些模块可以测量压力、流量和温度等信号。模拟输出模块将来自 CPU 的数字信息转换为可以控制执行器、电机、继电器、流量等的电压或电流信号。

I/O 模块使用 4-20mA 电流回路。这些电流回路是在一定距离内传输信号且信号损失很小的标准，因为信号精度不受布线中任何电压降的影响。电流环发送器在其最大电压能力范围内保持适当的电流量。

I/O 模块中的电压输入范围通常从几毫伏到 +/-10V，具体取决于传感器类型。PLC 应用程序可以使用范围从 12 位到 24 位的各种数据转换器(模数转换器 [A/D] 和数模转换器 [D/A])，具体取决于精度和线性度要求。除了数据转换器，仪表放大器 (INA) 和精密运算放大器也用于在从热电偶等传感器提取小信号时保持低偏移。

由于这些 I/O 模块与现场接口，它们对静电放电、电气快速瞬变或浪涌事件有严格的安全要求。您必须使用 DC/DC 转换器和离散或隔离的 DC/DC 模块在现场侧和控制侧之间进行隔离。

由于 I/O 模块具有高分辨率和精度要求，因此您必须确认来自 DC/DC 的电源噪声不会降低信号链性能。模拟参考上的任何噪声都会导致数字转换值发生变化，从而导致高分辨率数据转换器的性能降低。

通常，在为敏感的模拟电路供电时，使用高电源抑制比 (PSRR) 低噪声 LDO(参见下面的TPS7A49、TPS7A30示例) 后调节将有助于清除开关纹波和噪声，为信号链电路提供干净的电源，并提高测量性能。作为后置稳压器，高 PSRR LDO 可衰减 DC/DC 转换器的开关频率纹波和任何叠加的谐波，并且无需庞大的无源滤波。LDO 还保持从轻载到满载条件下的输出调节。您可以使用 NR/SS 引脚来降低 LDO 的固有噪声并在输出端提供软启动。您还可以使用使能引脚和软启动来根据系统要求对电源轨进行排序。

TPS7A49系列器件为正极、高压(36 V)、超低噪声(15.4μV-rms、72 dB PSRR)线性稳压器，可为150 mA负载供电。这些线性稳压器包括CMOS逻辑电平兼容的使能引脚和电容器可编程软启动功能，允许定制电源管理方案。其他可用功能包括内置电流限制和热关机保护，以在故障条件下保护设备和系统。

TPS7A49系列采用双极技术设计，是高精度、高精度仪器应用的理想选择，在这些应用中，清洁的电压轨对于最大限度地提高系统性能至关重要。这种设计使该设备成为为运算放大器、模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)和其他高性能模拟电路供电的最佳选择。

此外，TPS7A49系列线性稳压器适用于后dc变换器调节。通过滤除dc-dc开关转换固有的输出电压纹波，在敏感仪器、测试和测量、音频和射频应用中提供了最大的系统性能。

TI 提供多种高压、高性能 LDO 来生成清洁的双极电源。TPS7A49与负电压TPS7A30配对可提供 150mA/通道解决方案，并具有高 PSRR 性能和低噪声。对于要求大于 150mA 的应用，请考虑将TPS7A47与TPS7A33配对。