AD693：4 - 20 mA传感器变送器的卓越之选

在工业自动化、过程控制和系统监测等领域，信号调理与传输至关重要。AD693作为一款出色的单片信号调理电路，能将各种传感器的低电平输入转换为标准的4 - 20 mA两线电流环信号，为工程师们提供了强大而灵活的解决方案。

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一、AD693的特性亮点

1. 丰富的功能特性

• 前端仪表放大器：可缓冲和缩放低电平输入信号，为后续处理做好准备。
• 环路供电运行：适用于两线制应用，简化了系统设计。
• 预校准输入量程：通过简单的引脚连接，可设置30 mV和60 mV的预校准输入量程，还能通过外部电阻实现1 mV至100 mV的其他量程。
• 独立可调输出量程和零点：支持4 - 20 mA单极性、0 - 20 mA单极性和12 ± 8 mA双极性等标准输出量程。
• 100 Ω RTD接口：提供六个预校准范围，方便与100 Ω热电阻连接。
• 6.2 V参考电压：可提供高达3.5 mA的电流，为传感器激励提供支持。
• 辅助放大器：未使用的辅助放大器增加了设计的灵活性，可用于额外的信号处理。
• 可选外部通晶体管：降低自热误差，提高系统稳定性。

2. 高精度与可靠性

通过激光微调薄膜电阻，AD693在无需额外调整和校准的情况下，就能实现高精度。在+25°C时，总未调整误差小于满量程的0.5%，在工业温度范围（ - 40°C至+85°C）内小于0.75%，残余非线性度低于0.05%。

二、AD693的工作原理

1. 功能模块划分

AD693的电路可分为三个主要功能部分：

• 仪表放大器前端：缓冲和缩放低电平输入信号。
• V/I转换器：将放大后的信号转换为4 - 20 mA的环路电流。
• 电压参考和电阻分压器：提供应用电压，设置各种“活零点”电流。

2. V/I转换器的工作机制

V/I转换器的输出NPN晶体管在高增益放大器驱动下吸收环路电流。放大器的输入来自匹配前置放大器输出的差值，通过负反馈确保准确的电压 - 电流转换。该阶段的标称跨导为0.2666 A/V，75 mV的输入信号可产生20 mA的满量程输出电流。

3. 电压参考和分压器的作用

稳定的带隙电压参考和激光微调电阻分压器为传感器激励和V/I转换器提供预校准偏移。4 mA和12 mA的抽头对应 - 15 mV和 - 45 mV，连接到V/I转换器的反相输入可实现相应的零点电流。

三、AD693的应用与配置

1. 基本操作连接

在两线环路供电模式下，实现0 - 30 mV输入量程和4 - 20 mA输出量程的基本操作，需要进行最小化连接。若不用于外部激励，6.2 V参考电压应加载约1 mA的负载。

2. 外部通晶体管的使用

将AD693的NPN输出部分的发射极连接到用户提供的NPN晶体管的基极，可将大部分功率耗散移至芯片外，提高性能、可靠性和工作温度范围。

3. 零点和输入量程的调整

• 零点调整：通过将精密参考/分压器网络的适当抽头连接到V/I转换器的反相端，可获得所需的零点偏移值。也可通过上拉或下拉选定的零点抽头，或制作单独的分压器来驱动零点引脚进行调整。
• 输入量程调整：通过改变信号放大器的增益来调整输入量程。可使用外部电阻实现不同的量程，同时要考虑内部电阻的公差和温度系数。

4. 不同传感器的接口

• 铂电阻（RTD）：AD693专门配置用于接受100 Ω铂电阻的输入，通过引脚连接可实现六个预校准温度范围。
• 称重传感器和金属箔应变计：片上电压参考、辅助放大器和3 mA的激励电流使AD693易于适配各种称重传感器和应变计。
• 热电偶：可与多种类型的热电偶配合使用，通过冷端补偿（CJC）实现不同测量温度范围的4 - 20 mA电流环输出。

四、误差预算分析

1. 环路供电操作规范

环路供电操作规范适用于30 mV、60 mV预设量程及两者之间的量程。“误差组件”部分的参数可用于评估AD693在本地供电模式或小于30 mV量程时的性能。

2. 总误差计算

通过计算零点和满量程时的误差贡献，可得到总误差。也可从总未调整误差（TUE）开始，加上因负载电阻、环路电源电压或共模输入电压不同而产生的误差。

五、总结

AD693以其丰富的功能特性、高精度和灵活性，成为低电平信号调理和传输的理想选择。无论是在过程控制、工厂自动化还是系统监测等领域，AD693都能为工程师们提供可靠的解决方案。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求进行灵活配置和调整，以实现最佳的系统性能。大家在使用AD693的过程中，有没有遇到过一些特别的问题或者有独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。