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模拟前端

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恩智浦面向工业应用的模拟前端产品系列提供高性能数据采集能力,兼具标杆级的准确度与精度,可为AI和ML工作负载实现高质量数据捕获。其通用且可配置的输入/输出架构使单个器件即可支持广泛的测量与控制应用,而智能集成可最大限度降低系统BOM成本,减小板空间,并减少所需外部组件数量。

灵活的校准选项既支持即插即用型预校准部署,也支持用户校准实现方式,为多样化使用场景提供设计灵活性。此外,这些解决方案高度可扩展,支持跨平台复用软硬件,从而加速开发进程并简化产品组合。

先进的内置诊断功能进一步增强系统弹性,提供稳健的系统完整性,并支持功能安全(FuSa)要求。

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输入模拟前端

模拟前端设备,用于测量电压、电流(4-20mA)、RTD (PT100/PT1000)、NTC/PTC、热电偶、称重传感器。

NAFE13144

通用±25V 4输入低功耗AFE,带激励源
。16位。

NAFE11388

通用±25V 8输入低功耗AFE。
24位。

NAFE71388

高速通用±25V 8输入高速AFE。
24位。

NAFE73388

通用±25V 8输入高速AFE,带激励源。
24位。

NAFE13388

通用±25V 8输入低功耗AFE,带激励源。
24位。

NAFEB43388 新

紧凑型8输入24位通用型完全可配置通用模拟输入AFE,集成了DAC

输入/输出模拟前端

用于测量输入/驱动输出的模拟前端设备(集成ADC和DAC)

NAFE33352 新

通用±25V输入/输出,和2输入低功耗AFE。

NAFE33350 新

通用型完全可配置模拟输出(±12.5V和±25mA)AFE。

NAFE33350全集成通用AO-AFE

工业级电压/电流AO-AFE,具有18位分辨率,精度高,提供快速动态响应能力,支持软件配置输出。

  • 了解详情

评估板和参考设计

恩智浦提供评估板和参考设计,在创新模拟技术的加持下,使安全边缘解决方案实现连接并高效运行。立即开始!

  • 了解硬件

模拟前端常见问题解答

了解有关恩智浦N-AFE输入模拟前端系列产品的更多信息。

NAFExx388系列器件采用什么命名方式?

下面所示为N-AFE系列器件的命名方式:

N-AFE 1 3 3 8 8
1:低功耗
7:高速
1:无VIEX
3:VIEX
1:无校准(已校准)
3:出厂校准
4:16位
8:24位
4:4通道
8:8通道

低功耗版本的最大数据速率为288ksps,而高速版本在正常稳定模式下可支持高达576ksps。

有关可用部件型号,请参阅数据手册或联系恩智浦销售代表。

N-AFE可以测量哪些不同的输入范围?

N-AFE有8个0.2V/V至16V/V的可选PGA增益设置,提供从±25V至±312.5mV的8个差分输入满量程范围,适用于多种应用。通常,所有HV输入特性都指定为所有通道增益设置的线性(额定)输入范围,即满量程输入范围的80%。

额定范围值(V)
类型 PGA增益设置
0.2 0.4 0.8 1 2 4 8 16
双极DIFF ±20.00000 ±10.00000 ±5.00000 ±4.00000 ±2.00000 ±1.00000 ±0.50000 ±0.25000
双极SE ±10.00000 ±5.00000 ±2.50000 ±2.00000 ±1.00000 ±0.50000 ±0.25000 ±0.12500
单极DIFF ±10.00000 ±5.00000 ±2.50000 ±2.00000 ±1.00000 ±0.50000 ±0.25000 ±0.12500
单极SE ±10.00000 ±5.00000 ±2.50000 ±2.00000 ±1.00000 ±0.50000 ±0.25000 ±0.12500
最小和最大值(V)
类型 PGA增益设置
0.2 0.4 0.8 1 2 4 8 16
双极DIFF ±25.00000 ±12.50000 ±6.25000 ±5.00000 ±2.50000 ±1.25000 ±0.62500 ±0.31250
双极SE ±12.50000 ±6.25000 ±3.12500 ±2.50000 ±1.25000 ±0.62500 ±0.31250 ±0.15625
单极DIFF ±12.50000 ±6.25000 ±3.12500 ±2.50000 ±1.25000 ±0.62500 ±0.31250 ±0.15625
单极SE ±12.50000 ±6.25000 ±3.12500 ±2.50000 ±1.25000 ±0.62500 ±0.31250 ±0.15625
满量程(V)
类型 PGA增益设置
0.2 0.4 0.8 1 2 4 8 16
双极DIFF 50 25 12.5 10 5 2.5 1.25 0.625
双极SE 25 12.5 6.25 5 2.5 1.25 0.625 0.3125
单极DIFF 25 12.5 6.25 5 2.5 1.25 0.625 0.3125
单极SE 12.5 6.25 3.125 2.5 1.25 0.625 0.3125 0.15625
分辨率(V)
类型 PGA增益设置
0.2 0.4 0.8 1 2 4 8 16
双极DIFF 3.0E-6 1.5E-6 745.1E-9 596.0E-9 298.0E-9 149.0E-9 74.5E-9 37.3E-9
双极SE 3.0E-6 1.5E-6 745.1E-9 596.0E-9 298.0E-9 149.0E-9 74.5E-9 37.3E-9
单极DIFF 3.0E-6 1.5E-6 745.1E-9 596.0E-9 298.0E-9 149.0E-9 74.5E-9 37.3E-9
单极SE 3.0E-6 1.5E-6 745.1E-9 596.0E-9 298.0E-9 149.0E-9 74.5E-9 37.3E-9

N-AFE如何在3线RTD配置中消除导线电阻?

与采用两个匹配的电流发生器来消除RTD导线电阻的同类解决方案不同,N-AFE采用集成电流发生器(VIEX),该发生器的典型低温漂移性能为4ppm/°C。N-AFE使用单个电流源来优化单个芯片可以连接的RTD数量,从而允许使用单个芯片进行四次3线RTD测量。

用户校准和出厂校准之间有什么区别?

用户校准是将N-AFE安装在PCB上后对其进行校准的过程。出厂校准是指在恩智浦工厂生产芯片的过程中进行校准。在室温下,用户校准的典型TUE为满量程的±0.002%,能够实现更高的整体精度。这是因为外部组件和焊接流程引入的所有误差也都经过了校准。然而,部件经过出厂校准,在室温条件下可保证满量程±0.06%的精度。因此,如果所提供的精度能够满足客户的应用要求,客户即可省去昂贵且耗时的校准过程。

对于NAFExx388,应使用哪些寄存器指针来利用出厂校准系数?

对全部8种PGA增益设置(输入范围)执行出厂校准,系数存储在单独的寄存器中。要达到数据手册所述的测量精度,Gain_code=0、1、2……7时,应分别使用增益/OS系数指针0、1、2……7 。请参考NAFE13388数据手册中的表12。

N-AFE在单通道转换模式下的读取速度有多快?

N-AFE有低功耗(LP)版和高速(HS)版,最大数据速率分别为288ksps和576ksps。在正常稳定模式下,单通道转换为LP(NAFE1x388)版本提供的最快读取速度为3.472us,为HS(NAFE7x388)版提供的最快速读取速度为1.738us。

N-AFE在多通道转换模式下的读取速度有多快?

在多通道转换模式下,NAFE1x388和NAFE7x388的ADC输入信号路径分别需要16.4us和8.2us的前端稳定时间(在EC表中定义为Tswitch)。用户应该使用单周期稳定模式进行多通道读取,以避免稳定误差。在单周期稳定模式下,ADC数据速率是正常稳定模式下数据速率的四分之一,例如,LP N-AFE和HS N-AFE的读取速率分别为72ksps和144ksps。

N-AFE在多通道转换模式下的读取速度有多快

通道可编程延迟的代码17满足低功耗和高速两个版本的Tswitch要求。

n通道读取时间= n*(Tcnv + Tch_delay)
,其中n=多通道读取模式中的通道数量。
Tcnv=1/DataRate
Tch_delay≥Tswitch。

在单周期稳定的多通道转换模式下,8路输入的最快读取速度为:

NAFE1x388的最快8通道读取速度=8*(13.88us+16.49us)≈240us……30us/通道

NAFE7x388的最快8通道读取速度=8*(6.94us+8.24us)≈120us……15us/通道

N-AFE对50/60Hz工频干扰的抑制能力如何?

NAFE13388有一个数字滤波器,在较低数据速率下提供50Hz/60Hz的正常模式抑制(NMR)。下图所示为10sps、50sps和60sps数据速率下的SINC4滤波器NMR。

N-AFE对50/60Hz工频干扰的抑制能力如何

在高于100sps的速度下,50/60Hz共模抑制(CMRR)是多少?

N-AFE在数据速率远高于60sps(无50/60Hz陷波滤波器抑制)的情况下提供超过110dB的CMRR,如下图所示。

在高于100sps的速度下,50/60Hz共模抑制(CMRR)是多少

NAFExx388的串扰(CT)参数和条件是什么?

静态串扰:±1µV/V

动态串扰(非AC参数):±1µV/V

以下是串扰参数的测试条件:

  1. 输入串扰DC(单通道):
    1. 将目标通道设置为0V,并将主通道从0V逐步升至10V
    2. 此测试使用单通道转换来查看主通道对目标通道的影响
    3. 在主通道从0V升至10V的过程中,重复上述过程
  2. 输入动态串扰(多通道非AC串扰):
    1. 将目标通道设置为-10V,并将相邻主通道从0V调节至10V
    2. 此测试使用多通道转换来查看主通道对目标通道的影响
    3. 这是用来量化在指定的DR0和CH_delay条件下,通道路径稳定(MUX+PGA)对ADC输入的最坏情况输入摆幅的影响
    4. 对10V的目标通道和从0V到-10V变化的相邻主通道重复上述过程
NAFExx388的串扰(CT)参数和条件是什么

了解有关恩智浦N-AFE输出模拟前端系列产品的更多信息。

NAFE33352是什么?它的主要应用有哪些?

NAFE33352是一款软件可配置的通用低功耗模拟输入/输出模拟前端(AIO-AFE),能够满足工业应用对高精度测量和控制的需求。它用于PLC、DCS I/O模块、数据采集系统和工业自动化。

NAFE33352能够处理哪些类型的模拟信号?

它支持电压、电流、电阻、温度(RTD、热电偶)以及称重传感器输入,还有电压和电流输出,其量程和模式可通过软件配置。

NAFE33352支持哪些DAC输出模式?

DAC支持三种输出模式:高Z模式、电压输出模式和电流输出模式。这些通过AO_MODE寄存器和相关控制位进行控制,以启用电压或电流源放大器。

NAFE33352的ADC和DAC的主要特性是什么?

该器件配备一个14/16/18位DAC和一个16/24位ADC。ADC支持从7.5sps到288ksps的数据速率,DAC支持高达100ksps的数据速率。在室温下提供±0.005%的ADC精度,在全温度范围内提供±0.02%的精度。

Auto-DAC波形发生器的用途是什么?

Auto-DAC波形发生器使该器件能够根据用户设定的振幅、频率和步长参数自主生成波形(例如正弦波、三角波)。它适用于测试和校准流程。

NAFE33352如何处理DAC压摆率控制?

该器件具备可编程压摆率控制功能,用户可通过此功能限制DAC输出的变化速率。这有助于避免电容或电感负载中的过冲或过流。

NAFE33352有哪些校准选项?

该器件支持出厂校准和用户校准。它配备用于存储校准系数的非易失性存储器,且无需外部设备即可实现自校准。

在NAFE33352中,要利用模拟输出和模拟输入模式下的出厂校准系数,应使用哪些寄存器指针?

该出厂校准涵盖了所有四种运行模式——电压输出、电流输出、电压输入和电流输入。这些系数分别存储在不同的寄存器中,NAFE33352数据手册中的表39列出了其各自的指针位置。

该器件如何确保信号完整性和保护?

它配备了低漂移参考电压、低偏移缓冲器、具有70V输入保护功能的高压放大器,以及用于故障检测和预测性维护的高级诊断电路,其中包括开路/短路检测、电压轨监测、温度传感以及针对超出/低于范围和过温情况的可编程警报。

该器件在输出模式下如何处理保护功能?

它具有电压和电流输出模式的双重保护机制,包括快速反应短路保护和具有可配置阈值及定时器的可编程过载保护。

NAFE33352的温度和电气操作限值分别是多少?

其工作温度范围为-40°C至125°C,结温限值为150°C。它的I/O端子提供±36V保护,并具有强大的ESD额定值(HBM ±4500V,CDM ±750V)。

NAFE33352使用什么通信接口?

它使用4线SPI接口(CSB、SCLK、MOSI、MISO),并可选配CRC以确保数据完整性,工作频率最高可达32MHz。此外,它还有SYNC和DRDY引脚,用于同步和数据就绪信号传递。

该器件如何在多AFE系统中实现同步功能?

SYNC引脚可用于同步多个NAFE33352器件。SYNC的上升沿可触发各器件同时进行转换,从而确保采样的一致性。

数据采集有哪些可用的读取模式?

NAFE33352支持5种读取模式:单通道单次读取(SCSR)、单通道连续读取(SCCR)、多通道单次读取(MCSR)、多通道多次读取(MCMR)以及多通道连续读取(MCCR)。

如何调试NAFE33352中无法正常工作的模拟输出?

使用以下检查清单来诊断模拟输出(AO)未按预期工作的原因:

  • 在默认情况下,NAFE33352上的REFDACBUF上电即处于禁用状态。需通过设置AO_SYSCFG.DAC_SEL_REFBUF_ON=11\b来启用它。若不执行此操作,则DAC输出将保持非活动状态
  • 通过SPI写入AO数据时,该器件要求在最后一个SCLK边沿与CSB上升沿之间满足最小TDAC_wait时间。如数据手册图42所示,该延迟需为18个系统时钟周期。对于NAFE33352,系统时钟周期为217ns,因此TDAC_wait时间为3.9µs。对于高速型号NAFE93352,该等待时间缩短一半,为1.95µs。
  • 如何调试NAFE33352中无法正常工作的模拟输出
  • 图42同时规定,18位DAC代码必须在24位SPI数据帧内左对齐。未对齐将导致模拟输出错误
  • 读取AIO_STATUS寄存器,以判断器件是否检测到AO过载或AO短路。若检测到故障,器件会将AO_STATUS强制置为Hi Z,使模拟输出处于高阻抗模式。要恢复正常运行,需在排除故障条件后执行软复位或硬复位。

NAFE33352有哪些封装和订购选项?

该器件采用6mmx6mm 40引脚HVQFN封装。订购选项包括卷盘和托盘两种形式,对应的部件编号分别为NAFE33352B40BSMP和NAFE33352B40BSE。

通用完全可配置模拟输入/输出前端

可根据PLC、远程I/O模块、流程控制系统、温度测量设备、称重传感器及其他工业4.0应用不断变化的要求进行重新配置。

设计资源

利用恩智浦N-AFE通用模拟前端系列,为软件定义智能工厂赋能 

  • 培训

在本次在线课程中,我们将讨论设计人员在开发软件可配置通用模拟输入模块时面临的挑战,以及新型恩智浦N-AFE器件如何简化设计。

NAFExx388-EVB 8通道通用输入AFE评估板

  • 扩展板

NAFExx388高度可配置AFE的全功能评估板,适用于工业应用。

更多文档

带有通用模拟输入的N-AFE通用完全可配置模拟前端系列简介

N-AFE器件是一种高度可配置的工业级多通道通用输入模拟前端(AFE),准确性和精确度高,适用于智能工厂。

查看简介

使用N-AFE模拟前端系列为PLC或远程I/O应用增加价值

N-AFE软件可配置器件通过高精度测量功能为PLC或远程I/O系统增加了价值。N-AFE模拟前端实现了工业4.0模拟输入应用的高效设计和可靠性增强。

阅读应用笔记

使用恩智浦AFE测量工业应用

本文介绍了如何利用NAFE13388EVB (评估板)和GUI,进行系统级电压和电流感测、温度和重量测量,以及系统诊断。

阅读应用笔记

基于MCUXpresso的NAFE应用程序

本文介绍了恩智浦专有MCUXpresso平台的预编译NAFE软件库。该库由面向工业应用的即用型测量脚本(电压、电流、温度和重量)及AN14102中介绍的NAFE评估套件组成。

阅读应用笔记
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