电路操作

工业控制器、可编程逻辑控制器(plc)和数据采集系统(DAS)中使用的通用输出控制信号包括电压输出，如0至5V、0至10V、±5V、±10V和4-20mA电流回路。为了确保安全完整性，-输出控制信号应默认为已知的中量程或零量程安全状态，以响应μ P或系统故障。为了额外的安全性，输出模块通常采用光耦合器在µP和输出信号之间提供电流隔离。

图1电路满足了输出安全性和可靠性的要求。当发生µP故障、光耦合器故障或欠压情况时，监控电路(U3, MAX6303)将12位DAC (U2, MAX5120)输出设置为中量程，然后将V(OUT)设置为0V安全状态输出。该电路还通过减少μ P处的I/O引脚数量和消除光耦来提高平均故障间隔时间(MTBF)。

三个DAC特性使电路能够满足安全关键功能:异步复位输入(激活低CLR)，用户可选择复位值输入(RSTVAL)和用户可编程输出(UPO)。这些内置功能还消除了对光耦合器的需求，减少了μ P处的I/O引脚数量，并消除了外部分立电路。µP监控器包括一个电阻可编程复位输入阈值，一个电容可编程看门狗定时器和复位超时时间。

下面是电路的工作原理。由于DAC编码范围从000hex到FFFhex，输出电压(V(OUT))范围从-10V到+10V。运算放大器U1A (MAX9944)被DAC的内部10ppm/°C精度带隙基准所抵消;输出运放U1B (MAX9944)配置为增益为4的缓冲器。

电路输出电压计算为:

V(出)= (REF)×(G×NB / 4096 - 1)×(R / R (F)(在)+ 1)

式中NB为DAC二进制码的数值;V(REF)为内部参考电压;G为U1A的增益;R(F)/R(IN)为U1B的增益电阻比。

微处理器监控器U3通过其V(CC)引脚监控隔离电源电压(V(ISO))。它还通过UPO监控WDI引脚上的µP活动，并通过active-low reset生成复位输出命令。RESET IN (U3引脚1)的电阻分压器决定复位电平电压阈值(V(TH))。同样，复位超时时间(t(RP))和看门狗超时时间(t(WD))由SRT和SWT的电容值决定。将WDS接V(CC)进入扩展模式，将t(WD)加长500倍。下面的公式计算电路所需的值:

V(rst) = V(th)(r1 + r2)/ r2

式中V(TH) = 1.22V, V(RST)为可调复位阈值电压:

C(SRT) = t(RP)/2.67

式中C(SRT)单位为pF, t(RP)单位为µs;C(SWT)的单位是pF, t(WD)的单位是µs。因此:

C(SWT) = t(WD)/(500 × 2.67)

如果V(CC)失败或者如果µP不能通过UPO切换WDI，则U3断言active-low RESET输出，该输出通过其CLR输入复位U2。此操作将U2的输出重置为RSTVAL设置的条件(在本例中为中量程，在V(OUT)处产生0V)。在正常工作中，µP必须以小于编程看门狗超时时间(t(WD))的间隔更新U2。以这种方式，UPO输出常规地切换WDI，这意味着UPO在WDI上“踢狗”。请注意，在重置超时时间(t(RP))之后，低激活reset释放CLR，但DAC输出保持在中量程，直到更新。

U3的RESET IN和GND端子之间的切换允许用户命令紧急关机。其他可以考虑使用看门狗功能的器件是MAX6316系列和MAX6369系列，它们都提供固定的超时时间，并且在SOT23封装中可用。此外，DAC的单极和双极模式允许它产生所有共输出控制信号。

结论

通过精密DAC和看门狗定时器µP监控器的特殊功能，可以实现安全完整性的改进。这些设备一起可以为许多工业控制器应用中使用的输出提供安全状态操作条件。