【经验】ISL84715 SPST模拟开关解决4-20mA/0-10V传感器模拟信号采集通道配置不灵活问题

时间： 2020-04-15 来源：世强

技术问答

在一些工业管道上经常使用0-10V/4-20mA传感器，笔者接触的项目就是工业管道采集器。需要采集这些0-10V/4-20mA传感器数据，然后上传至后台进行数据分析和调控。对于0-10V电压量的采集一般是使用分压电阻进行分压后经过运放进行阻抗匹配后再传给MCU ADC接口。对于4-20mA电流量的采集一般是经过采样电阻先转换成电压，再按照电压采集方法进行采集。

根据以上分析，进行了第一版的原理图设计，原理图如下图所示。U6为双通道运放，其中通道1配置成了电压采集，通道2配置成了电流采集。电压采集时，通过R41 R48分压电阻后经过运放至MCU ADC接口；电流采集时，先通过R56采样电阻再分压后经过运放至MCU ADC接口，其中BAV199是防止输入过压进行钳位保护器件。

图1 第一版原理图

经测试后发现该电路可以正常使用，但这样配置不灵活只能将一个端口进行固定为电压或电流采集，但实际应用场景中这些传感器有可能是两个0-10V类型或者2个4-20mA类型又或者是1个0-10V类型1个4-20mA类型的，如果使用第一种方案则无法满足这些使用需求，需要接口进行可配置才能满足比如接口可以通过MCU单独进行配置成0-10V电压采集或4-20mA电流采集类型，这样就灵活了很多。

于是进行了改版，增加了瑞萨电子推出的超低导通电阻的ISL84715 SPST模拟开关进行配置选择。ISL84715是一款常开型SPST模拟开关，可支持+1.65~+3.6V的输入电压，在VCC=+2.7V时下导通电阻典型值只有0.26Ω，具有超快的切换速度ton=9ns toff=5ns(VCC=+2.7V)，在VCC=+3.6V时消耗电流典型值只有18nA，非常适合电池应用场合。工作温度范围-40~85℃，封装为SC70-5。综上所述，ISL84715是一款小型超低导通电阻低消耗电流的SPST模拟开关，非常适合本系统。于是进行了原理图改版，如下图所示：

图2 改版原理图

由改版原理图可以看出，在500Ω采样电阻下面加入模拟开关控制电路，U14、U15为ISL84715，其中控制引脚IN由MCU 控制，当IN电平为低电平时，ISL84715为开路即500Ω采样电阻不导通，通道为电压采集模式；当IN电平为高电平时，ISL84715导通即500Ω采样电阻导通，通道为电流采集模式。这样模拟通道接口就能进行灵活的配置。

进行了PCB以及打板验证，PCB局部图如下所示：

图3 PCB局部电路图

进行了打板验证，完全满足项目需要，进行完美的切换。ISL84715模拟开关使4-20mA/0-10V模拟采集通道配置更灵活，电路比较实用可以分享给各位工程师，可以在设计中少走弯路。

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新产品发布时间 : 2018-02-06

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ANALOG ICs High-performance solutions for precision signal chain design

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Analog ICs: High-performance solutions for precision signal chain design

型号- EL5X62,ΜPC4558,RV1S2211A,ISL1221,ISL1220,ISL26132,KAD5514P-17,HI-201,KAD5514P-12,ICL3222E,PS2861B-1,ISL3280E,ISL83387E,PS8551A,ISL12022M,ISLA212P25,ΜPC4560,RV1S9353A,ICL3223E,ISLA224P12,ISL267X,PS2815-1,ISL5961,EL5420T,ISL4270E,ΜPC835,ΜPC834,PS2815-4,ΜPC832,ΜPC4570,ΜPC4572,RV1S9231A,ΜPC4574,X9C102,HI-546,X9C103,ICL3224E,X9C104,PS2913-1,ISLA224P20,ISLA224P25,ISL26102,ISLA118P50,PS8902,KAD5514P-25,PS9117A,PS2565-1,ISL12020M,READ2304,READ2303,ΜPC844,READ2302,KAD5514P-21,ISL5857,ΜPC842,ISL3180E,ICL3225E,KAD5610P-12,ISLA222P13,PS8352A,KAD5612P-21,ISL28114,ISL60002,ISL28113,ΜPC814,ΜPC813,ΜPC812,KAD5612P-25,ΜPC811,PS9905,KAD5610P-17,CA3130,ICL3226E,RV1S9213A,ISL85415,ISLA224S20,ISL223X6WM,ΜPC824,ΜPC822,PS9551A,ISL3283E,CA3140,ISL3295E,PS2562-1,PS2706-1,ISL1209,ISL1208,PS9924,ISLA222P25,ISL3282E,PS2915-1,READ4303G,ISL1219,PS9317,ISL3243XE,ΜPC802,X9271,ISL3160E,ISL3281E,ISL3172E,KAD5512HP-25,ISL21080 FAMILY,KAD5512HP-12,ISL3179E,PS9031,PS9151,KAD5512HP-17,EL5378,EL5375,READ2354J,ISL28148,REAR56953BGSM,ISL28025,ISL28022,ISL28023,READ2353J,EL5263,ISL28134,PS9307A,ISL3298E,PS2535-1,ISL80505,ISLA214P50,X9C503,PS2561D-1,ISL33337E,RV1S9960A,KAD5610P-21,READ2352J,KAD5610P-25,ISL28006,ΜPC842A,ISL41334,ISL28005,ISLA110P50,ISL3245XE,REAC1251,ISL317XE,ΜPC4062,EL5161,ΜPC4064,EL5160,READ2351J,EL5166,ISL28191,ISL84053,ISL21440,DG444,PS2701A-1,REAR56953AGSM,ISL3159E,PS2845-4A,DG441,ISL84051,ΜPC4072,ISL84052,EL5172,ΜPC4074,ISLA212P50,EL8201,KAD5510P-50,RV1S9209A,ISL43L110,ISL267817,PS2805C-1,PS2805C-4,READ4353J,ISL4223E,ISL28291,ISL28290,ISL41387,ISL28177,ISL22511,PS2533-1,ISL8117,ΜPC4092,PS2561F-1,PS9851-2,ΜPC4094,PS9851-1,ISL90842,READ4354J,ISL90728,RV1S9207A,ISL90727,ISL3247XE,ISL315XE,ISL3156E,ISLA214P20,ISLA216S20,RAA78815X,DG409,DG408,DG406,PS9309,ISL32277E,DG403,PS2705A-1,PS9303,PS9313,PS8101,REAR56958BGSM,ISL23425,ΜPC177,READ2303G,KAD5510P-12,DG413,DG412,ISL32179E,DG411,ISL3259E,PS9822-1,PS9822-2,KAD5510P-17,ISL23415,ISL23418,READ2302G,PS2711-1,ISL84714,ISL84715,X9401,KAD5510P-21,KAD5510P-25,PS9332,ISL22317,PS9331,PS8802-2,PS8802-1,ΜPC277,X9511,ISL3249XE,PS9324,ISL23511,ISL22424,ISL33354E,RV1S2281A,ISL55210,ISL32273E,PS2833-1,PS9113,PS2833-4,ISL88011,ISLA216P13,PS9351,RV1S9160A,ΜPC259,ΜPC258,ΜPC272,ΜPC271,ISL32272E,ISL223X6,ISL43120,PS9587,ISLA112P50,ISLA216P25,RV1S9062A,KAD5512P-50,ISLA216P20,ISL33002,RV1S2285A,ISL32275E,PS9009,ISL23325,PS9013,ISL26710,ISL23328,ISL26712,RV1S9061A,X60003,PS2514-1,PS2381-1,RX24T,ISL55001,ΜPC251,ISL32177E,ISL21010,ISL43141,ISL43144,PS9821-1,PS9124,PS9821-2,PS9123,ISL23318,RV1S9060A,PS9001,PS9122,ISL23315,PS2733-1,ISL55002,ISL81387,ISL12008,READ4304G,ISL21080,PS2761B-1,PS2801C-4,ISL32172E,ISL28X10,ISL28X18,ISL28X17,ISL95311,ISL28X14,ISL28X13,ΜPC458,RV1S9261A,ISLA222S25,PS2703-1,ΜPC452,ΜPC451,PS2715-1,ΜPC1458,X9258,X9259,PS2841-4A,PS2841-4B,KAD5512P-17,ISL28X07,KAD5512P-12,X9241A,RV1S9260A,PS2801C-1,X9252,X9250,ISL28X08,X9251,ΜPC3403,ISL32174E,PS2811-1,KAD5512P-25,PS2811-4,ΜPC319,KAD5512P-21,RV1S9162A,REAR56957BGSM,ΜPC4742,ΜPC4744,RAA7884QT,ISL32173E,RAA7884QR,HI5660,ISL84781,PS8502,PS8501,RV1S9161A,KAD5612P-17,ISL3260XE,ISL267440,ΜPC4741,ISL3330,EL5X20,ISL32601E,ISL5861,ISL2631X,PS9506,PS9817A-2,PS9817A-1,ISL12058,ISL26322,ISL26321,ISL81334,PS2802-1,ISL5761,ISL32600E,ISL24021,ISL32612E,ISL3331,ISL3332,ISL3333,PS2802-4,ISL12057,HIP4086,ΜPC1251,PS2911-1,REAR56957AGSM,ISL12026,REAC1251G,REAC1251J,ISL28X30,ISL26313,PS9531,PS9402,ISL32603E,ISL28X33,ICL3232E,ISL12022,PS2702-1,X9315,ISL21090,ISLA222S20,X9313,PS2506-1,X9317,X9318,PS8302,PS9513,ISL32614E,ISL28X27,ISL958X0,ICL3221E,RV1S9262A,READ2304G

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DG411, DG412, DG413 Monolithic Quad SPST, CMOS Analog Switches DATASHEET

型号- DG412DYZ,DG411DYZ*,DG412DY,DG413DVZ,DG411DY,DG411DVZ*,DG411DVZ,DG413DY,DG412DJZ,DG411DJ Z,DG413DY*,DG411DY*,DG413DYZ,DG411DYZ,DG413DVZ*,DG412DVZ,DG413DYZ*,DG413,DG412,DG411,DG413DJZ,DG411DJZ,DG412DY*,DG411DJ,DG412DYZ*,DG412DVZ*,DG413DJ,DG412DJ

数据手册 - RENESAS - Rev 13.00 - June 20, 2007 PDF 英文下载

DG201 CMOS Quad SPST Analog Switch

型号- DG201CJ,DG201

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【产品】业界首款低于50ns的单芯片模拟开关，集成四个独立可选SPST开关

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数据手册 - RENESAS - Rev 3.00 - Dec 11, 2015 PDF 英文下载

IDTQS4A101 QUICKSWITCH® PRODUCTS HIGH-PERFORMANCE CMOS ANALOG FOUR-CHANNEL SPST SWITCH WITH INDIVIDUAL ENABLES

型号- QS4A101,QSXXXXXXXX,IDTQS4A101

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Monolithic, Quad SPST, CMOS Analog Switches DG441, DG442

型号- DG441DVZ,DG442DY,DG441DVZ-T,DG442DVZ,DG442DYZ-T,DG441DY,DG442DY-T,DG442DYZ,DG441DYZ,DG442,DG441DJ,DG441,DG442DJ,DG442DVZ-T,DG441DY-T,DG441DYZA,DG441DJZ,DG441DYZ-T,DG441DYZA-T,DG442DJZ

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DG412/883, DG413/883 Monolithic Quad SPST CMOS Analog Switches DATASHEET

型号- DG413/883,DG412AK/883,DG413AK/883,DG412/883

数据手册 - RENESAS - Rev 2.00 - Jun 25, 2008 PDF 英文下载

ISL84541, ISL84544 Low-Voltage, Single Supply, Dual SPST, SPDT Analog Switches

型号- ISL84541IBZ-T,ISL84544IBZ-T,ISL84541IHZ-T,ISL84544IBZ,ISL84541,ISL84544IHZ-T,ISL84544,ISL84541IBZ

数据手册 - RENESAS - Rev.8.0 - Feb 25, 2021 PDF 英文下载

【产品】开启时间仅185ns，功耗低至15mW的四通道CMOS模拟开关HI-201，助力高频模拟应用

Renesas推出的HI-201四通道CMOS模拟开关为单片器件，已通过无铅验证，内置可独立选择的SPST开关，具有快速开关速度、低导通电阻和低功耗优势，是高频模拟开关的理想选择。其典型应用包括信号路径切换，采样和保持电路、数字滤波器和运算放大器增益开关网络等应用。

新产品发布时间 : 2018-10-07

【产品】单片四路SPST CMOS模拟开关DG411/883，可直接替换DG211和DG212

DG411 / 883系列是Intersil公司推出的单片四路SPST CMOS模拟开关，是广受欢迎的DG211和DG212系列器件的直接替换产品。它们包括四个独立的SPST（单刀单掷）模拟开关，兼容TTL和CMOS数字输入。与DG211或DG212相比，DG411 / 883具有更低的模拟导通电阻（＜35Ω）和更快的开关时间（tON ＜175ns）。

新产品发布时间 : 2018-01-22

ISL54060, ISL54061 Negative Signal Swing, Sub-ohm, Dual SPST Single Supply Switch

型号- ISL54061IRTZ,ISL54061IRUZ-T,ISL54060IRTZ,ISL54061,ISL54060,ISL54060IRTZ-T,ISL54060IRUZ-T,ISL54061IRTZ-T

数据手册 - RENESAS - Rev.2.01 - Feb 20, 2020 PDF 英文下载

DG411, DG412, DG413 Monolithic Quad SPST, CMOS Analog Switches

型号- DG411DYZ*,DG412DYZ,DG413DVZ,DG412DY,DG413DVZ-T,DG411DY,DG411DVZ*,DG411DVZ,DG413DY,DG411DYZ-T,DG412DJZ,DG413DY*,DG411DY*,DG411DY-T,DG412DVZ-T,DG413DYZ,DG413DYZ-T,DG413DVZ*,DG411DYZ,DG412DVZ,DG413DYZ*,DG413,DG412,DG412DY-T,DG411,DG413DJZ,DG411DVZ-T,DG411DJZ,DG412DY*,DG411DJ,DG412DYZ*,DG412DVZ*,DG413DJ,DG412DJ,DG413DY-T,DG412DYZ-T

数据手册 - RENESAS - Rev 13.00 - June 20, 2007 PDF 英文下载