MAX22000是一款软件可配置的输入/输出(I/O)设备，针对工业应用，如过程控制和可编程逻辑控制器(plc)等设备中的I/O模块。传统上，控制工程师选择固定功能I/O卡(输入，输出，电压或电流模式)，并根据传感器或执行器的要求硬连接其PLC系统。随着软件可配置器件的引入，如MAX22000，现在可以设计I/O模块，以允许任何常见的工业I/O功能(电压输入，电流输入，电压输出，电流输出和温度测量与RTD或热电偶)，这可以在现场进行软件配置。这种灵活性直接转化为更快的项目安装和调试，使用软件配置通用模块以适应系统I/O需求。

本应用笔记中使用的缩略语列在附录A中。

MAX22000 I/O模块

MAX22000的I/O功能如图1a和图1b所示。图1a是定义MAX22000的简化功能模块，而图1b是详细描述MAX22000内部功能的详细模块级别。如图1b所示，突出显示的关键模块使系统设计人员能够使用基于MAX22000的单芯片解决方案实现通用I/O模块。MAX22000集成了一个具有快速稳定时间的18位DAC、一个多层24位delta-sigma ADC、一个精密电压基准、可编程增益放大器(pga)和高压调节功能。输出可以提供±10V范围的电压，提供±20mA范围的电流，测量±10V范围的电压，或测量±20mA范围的电流。单独的专用输入测量±10V范围内的电压。另一种差分输入具有专用PGA，提供±12.5V，±2.5V，±500mV，±250mV或±125mV范围。所选输入可以从1sps采样到115.2ksps。MAX22000使用SPI接口控制所有配置和操作。

HVDDO/HVSSO电源是输出部分供电所必需的。HVDD/HVSS电源是设备输入部分供电所必需的。输入和输出部分各有不同的电源，因为它使系统设计更简单，更容易配置。例如，HVDD/HVSS的输入为±12.5V，利用±15V。输出部分可能需要产生4mA - 20mA电流的环路发射机应用与典型的250O负载。在这种情况下±8V可能就足够了。

18位DAC和24位S ADC由低压DVDD和AVDD供电。与外部控制器的通信接口由DVDD供电，为了安全起见，通常与应用系统中的控制器进行电隔离。

通用输入/输出配置和功能

常见的工业I/O配置和信号水平如图2所示，而MAX22000可能的实现如表1所示。

图3至图10显示了高压I/O端口的不同配置，以及如何使用MAX22000实现它们，对应于表1中列出的8种I/O配置。

电流和电压反馈

MAX22000的18位DAC可配置为电压输出(AVO)或电流输出(ACO)。表1中的配置1、2和8显示了ACO模式，其中输入AI1和AI2与50?通过内部电流检测放大器(CSA)的检测电阻。这种反馈确保了在温度范围内对不同负载的电流输出进行精确跟踪。配置5、6、7、8采用AVO模式，AI3作为电压反馈进行精确电压跟踪，维持设定电压输出。

图3描述了AI2的单电流输出和AI3、AI4和AI5、AI6的两个差分电压或电流输入通道配置。绿色突出显示的组件表示电压传感器连接，红色突出显示的组件表示电流模式。在差分输入端放置一个典型的250O电阻负载代表一个典型的电流环路连接。

图4描绘了AI2端的单电流输出，在AI3和AI5处有2路单端电压或电流输入配置，在AI5、AI6处有1路差分电压或电流输入配置。绿色突出显示的组件为电压传感器连接，红色突出显示的组件为电流模式。在电流模式下，AI3到AI6输入处典型的250O阻性负载表示典型的接收器端接电流配置。

图5描述了AI3端+24V场电源的单电流输入通道，AI4端单通道电压或电流输入，AI5、AI6端单通道差分输入电压或电流配置。当AI1, AI2配置为输入以处理电流环中的变化负载时，MAX22000 DAC能够提供0mA -20mA输出电流。该模式通常适用于没有外部+24V场电源的电流环路传感器。

绿色突出显示的组件表示电压传感器连接，红色突出显示的组件表示电流模式。电流模式下AI5到AI6间典型的250O阻性负载表示典型电流环路连接的电流输入测量。AI4到GND处典型的250O阻性负载表示典型接收器端接电流配置的电流输入测量。

AI3处的电压反馈信号确保DAC提供稳定的电源，并且通过AI1和AI2测量来自+24V场电源的高侧电流。

图6描述了AI3的单电压输出通道，AI1、AI2和AI5、AI6的两个差分电流输入通道，以及AI4的一个通道单端电压或电流输入配置。AI1和AI2是跨越50O感测电阻的差分输入，以限制最大差分电压为±1.25V。AI5和AI6支持差分输入测量电压/电流输入。

绿色突出显示的组件表示电压传感器连接，红色突出显示的组件表示电流模式。电流模式下AI5和AI6上典型的250O阻性负载表示典型电流环路配置的电流输入测量值。

图7描绘了AI3的单电压输出通道和三个单端电压或电流输入通道(AI1, AI2, AI4)和一个跨AI5, AI6的差分电压或电流输入通道。绿色突出显示的组件为电压传感器连接，红色突出显示的组件为电流模式。电流模式下AI1到AI6到GND的典型250O阻性负载表示典型接收器端接电流环路配置的电流输入测量。

图8显示了MAX22000连接到通用I/O模式，包括输入或输出，电压或电流，以及用RTD或热电偶测量的温度。

DAC输出可设为电流输出或电压输出，AI5、AI6差分输入共用同一路端子排，通过软件配置可在同一端子上实现真正的通用输入/输出。

使用RTD或热电偶元件进行温度测量:

如图10所示，通过通用模式启用2线制、3线制和4线制RTD测量。当使用热电偶时，冷端补偿在低压端口AUX1和AUX2输入完成。低压(±2.5V)端口无高压保护，禁止与电压较高的现场信号配合使用。AUX1和AUX2可以在冷端补偿的情况下单独使用，也可以灵活地用于其他车载诊断测量。

有关带有RTD和热电偶的MAX22000性能的更多信息，请参阅应用说明AN7186。

MAX22000应用示例

应用1:maxrefdes200# - Go-IO工厂自动化卡

Go-IO是一款工业物联网(IoT)参考设计，专为可配置工业控制系统的快速原型设计和开发而设计。Go-IO是板的组合;MAXREFDES215#是带有I/O连接器的载波板，MAXREFDES211#是应用处理器板。maxrefdes200#是专为工厂自动化应用中常见的数字I/O而设计的I/O卡。该I/O卡插入载波卡，由应用处理器板控制。

maxrefdes200#使用了四种类型的MAX22000 /I/O。I/O引脚AO1+是一个通用I/O (UAIO)，这意味着它可以使用软件配置为输入(电压或电流模式)或输出(电压或电流模式)。AO1+能够支持±12.5V或±25mA的输入和输出范围，具体取决于软件配置，无需更改硬件。这是使用MAX22000引脚用于DAC (AOP和AON)，用于电流检测放大器(CSA)的ADC输入(A1和A2)和用于电压检测放大器的ADC输入(A3)来完成的。

除了UAIO端口外，其他ADC输入也被带到MAXREFDES215#上的I/O连接器上。输入AI1+和AI1-连接到MAX22000上的ADC输入A5和A6。MAX22000内的可编程增益放大器(PGA)可设置不同的输入电压范围，包括±12.5V，±2.5V，±500mV，±250mV和±125mV。输入AI2+接ADC输入AI4，电压范围±12.5V。输入AI3+接ADC输入AI1。

应用2:MAXREFDES177#: IO-Link通用I/O参考设计

MAXREFDES177有助于在实际工业传感器和执行器应用中对MAX22000进行快速原型设计和评估。该设计采用MAX22515 IO-Link收发器，在I/O端和IO-Link接口端之间完全隔离。

该端口支持:

• 电压输出±10V(±12.5V)

• 电流输出±20mA(±25mA)

• 电压输入±10V(±12.5V)

• 电流输入±20mA(±25mA)

总结

MAX2200的特性和可配置性为设计可配置I/O模块提供了很大程度的自由度。带有MAX22000的系统不再受固定功能的限制，如输入或输出，或电压或电流。它是真正的通用I/O，具有完整的软件可配置性。具有18位DAC和24位S ADC模块的内部模块使用户能够获得(小于)<±0.1%FSR性能，适用于-40°C至+125°C温度范围内的任何未知负载。

附录A -缩略语

ACI——电流输入
ACO——电流输出
AI -输入
AVI -电压输入
AVO——电压输出
CSA -电流检测放大器
DE -差分
I/O -输入/输出
运放-运算放大器
PPM -百万分之一
Rs -电阻
RTD—电阻式温度检测器
SE -单端
V/I -电压或电流
VSA—电压检测放大器