灵活性和对新环境的快速适应是成功经营企业的最重要特征之一。这个表达适用于工业和制造业，从食品加工和纺织品生产商到汽车制造商和火车制造商。

MAX22005是一款多通道工业输入器件，将前端(AFE)与高压保护和测量元件相结合。MAX22005可以配置为12个单端或6个差分输入通道，允许多达26种不同的配置，并且可以与任何类型的传感器(电压或电流)一起工作。MAX22005具有高性能的24位得尔塔 - 西格马 -数字转换器(ADC)，可在所有通道之间共享，如图1所示。

本应用笔记提供了实际示例，利用MAX22005高度灵活的多通道工业输入配置，通常在应用中发现，例如可编程逻辑控制器(PLC)，可编程自动化控制器(PAC)或分布式控制系统(DCS)。

MAX22005输入三联体

MAX22005的12个输入通道可以配置为12个单端输入或6个差分对。此外，MAX22005提供了一个独特的组合，三个连续输入组合成一个三联体，以获得更大的灵活性。MAX22005可以支持四个高度灵活的三联体，使用AI1-AI3、AI4-AI6、AI7-AI9和AI10-AI12组合。对于单端输入电压模式(AIVM)，三组器件接受0V至±12.5V的工业信号电平，对于差分输入电压模式(AIVM)接受±25V的工业信号电平。

带有外部感测电阻RSENSE(通常范围从50?到250?)，MAX22005接受0mA到±25mA的单端和±25mA的差分输入电流模式(AICM)，将电流输入转换为电压输入。整个芯片总共有26种可能的配置。图2显示了MAX22005中的三元组位置。输入端口有多种可能的配置，包括AI1-AI3三元组。

单端输入配置

单端输入配置允许最多使用12个输入端口。MAX22005的特点是高阻抗输入>1G?它允许单端配置同时适用于AIVM和AICM模式，而不会影响测量精度。单端配置如图3所示。

差分输入配置

差分输入允许精确测量，同时忽略导线上的电压降或共模电压，减少输入通道数量。MAX22005允许共模范围从0V到±10V。在多功能(又名三组)配置中，差分输入的总数可达6或8个。差分输入用于AIVM和AICM模式。图4显示了差分输入连接的示例。图4a中的电压输出传感器可以连接在IN1和IN2之间，也可以连接在IN1和IN3之间。

两个差分电压输出传感器和单个公共电压VCOM的连接如图4b所示。两个不同公共电压的差分电压输出传感器的连接如图4c所示。注意，图4b中计算电压的符号是相反的。

图4中的示例允许固定的AIVM或AICM模式配置，这限制了系统设计的灵活性。MAX22005还允许多功能配置来解决这个问题。

使用三元组的多功能输入配置

多功能配置允许系统通过软件在AIVM和AICM模式之间进行选择。这是通过SPI命令和外部通用开关(如MAX14757)的GPIO控制来完成的。这意味着任何电压输出或电流输出传感器都可以连接到PLC或PAC的相同输入端口，而无需重新布线，并且可以使用预先开发的固件与这些传感器一起工作。图5显示了连接到MAX22005的电流输出传感器的示例。图6显示了连接到IN1和IN3输入端口的电压输出传感器。

在图5中，输入电流从传感器流过R(SENSE)电阻和SW1开关到地。在AI1和AI2之间进行测量。开关(SW1)的导通电阻(RON)并不重要，因为它不包括在R(SENSE)上测量的压降中。但是，对于这种应用，建议使用低漏电开关，如MAX14757或MAX14760。

除了电流测量外，系统还可以通过AI1-AI3的差分测量来确定电压和功耗信息。可以使用低成本的n-MOSFET作为开关，例如来自Nexperia 的2N7002NXAK。在输入端可能需要一个额外的瞬态电压抑制器(TVS)来保护开关和感测电阻。

在图6中，SW1开关关闭，MAX22005通过AI1-AI3差分测量测量电压信息。

图7显示了辅助两种不同类型传感器的另一种可能性。本例中电流输出传感器接在IN1与地之间，电压输出传感器接在IN3与地之间。电流通过AI1-AI2差分输入测量，电压通过AI3单端输入测量。

利用MAX22005和RTD进行温度测量

图8演示了使用电阻式温度检测器(RTD)进行温度测量的实际实现，该检测器利用了MAX22005的一个三重组。在本例中，RTD的激励电流由使用MAX44250运算放大器和2.49k?精密电阻。

MAX22005的内部参考电压REF_OUT提供2.5V缓冲输出，维持在2.49k?电阻产生1mA电流通过RTD和2.49k?电阻。利用MAX44252四路运算放大器，MAX22005最多可连接四个rtd。

RTD电阻可由式1计算，温度可通过求解式2中的Callendar-Van Dusen方程确定。

地点:
V(AI1-AI2)是在AI1和AI2输入之间测量的差分电压。
V(AI1-AI3)是在AI1和AI3输入之间测量的差分电压，表示RTD导线上的压降。
V(AI3)是2.49k?电阻。

R (T) = R0 (1 + T + B××C T(2)-100×××T (3) + C T (4))

地点:
R(T) =温度T时RTD电阻(℃)
R0 = 0℃时的RTD电阻

A, B和C常数由实验确定的参数推导，并由IEC751标准调节。它们也必须由RTD制造商提供。

对于Pt100的RTD和电阻温度系数，a = 0.003850，其中:

A = 3.90830 × 10((-3))b =-5.77500 × 10((-7))
C =-4.18301 × 10(-12)，-200℃= T = 0℃
C = 0℃= T = +850℃

使用MAX22005 EV套件，MAX44250 EV套件和Fluke 724温度校准器进行Pt100 RTD模拟验证，结果如表1所示。

MAX22005的完整实现

图9展示了MAX22005用于工业控制系统(如PLC, DSC或PAC)的实现。它说明了MAX22005能够支持以下组合的各种方式，以及许多其他电流传感器，电压传感器和rtd:

• 四个电流传感器，有两根或三根导线

• 四个电压传感器，有两根或三根线

• 以上场景的多种组合。例如:

• 三个电流传感器+一个电压传感器

• 两个电流传感器+两个电压传感器

• 一个电流传感器+三个电压传感器

• 四个高压

• AI5/AI6 (AI11/AI12)上的两个热电偶(TC)与AI1, AI2, AI3和AI7, AI8, AI9上的两个rtd测量冷端温度

结论

工业级传感器与MAX22005多通道输入之间的连接方案允许构建精确且具有成本效益的系统解决方案。MAX22005允许系统工程师开发高度可配置和灵活的工业控制系统，以应对21世纪的挑战。