基于SIMl-2的現(xiàn)場總線儀表電路設計

1 引言
現(xiàn)場總線儀表的重要特點是總線供電。總線供電是指儀表從傳輸數據的信號總線上獲取維持其工作所需的電源。而無需本地電源供電。但由總線供電的儀表具有較嚴格的功耗約束和復雜的系統(tǒng)，設計可在10 mA下工作的現(xiàn)場總線儀表仍具有挑戰(zhàn)性。這里提出一種基于SIMl-2的現(xiàn)場總線儀表電路設計方案。

2 媒體結合單元(MAU)
典型的現(xiàn)場總線儀表由媒體結合單元MAU(Medium Attachment Unit)、數字系統(tǒng)、A／D轉換器、信號調理電路和傳感器組成。其中MAU電路通常與數字系統(tǒng)設計在一個圓形線路板上，因此又稱為“通訊圓卡”。
MAU電路分為總線供電和非總線供電兩種類型，主要實現(xiàn)標準邏輯信號與傳輸介質上的物理信號之間的轉換，總線供電的MAU電路用于從總線吸收電流，產生系統(tǒng)所需的工作電源。而早期集成的MAU電路性能差，功耗較大。其設計思想是片內集成易于集成的器件(如運算放大器、DC／DC變換器和基準源等)，而較大數值的電阻、電容和較大功率的電流調整管等器件仍使用分立元件。MAU電路設計難點是在滿足各項性能指標的前提下降低其自身的工作電流以提高能量利用率。而西門子公司的SIMl-2是新型的集成化的MAU電路。

3 SIM1-2器件主要功能與使用
SIMl-2(Siemens IEC MAU)西門子現(xiàn)場總線MAU器件采用符合IEC61158―2的曼徹斯特碼技術，最大數據傳輸速率31．25 Kbit／s，采用SMD housing MLPQ40封裝，器件尺寸小。SIMl-2的結構框圖如圖l所示。

SIMl-2支持所有發(fā)送與接收功能，吸收總線上附加電源電流并具有高阻特性，采用兩種穩(wěn)壓電源供電并允許電源具有電隔離。SIMl-2具有以下主要功能：支持所有發(fā)送和接收功能；對來自總線的能量起到高阻抗退耦作用：可連接所有曼徹斯特碼編解碼器，符合IEC61158-2的曼徹斯特碼技術；MAU器件和通訊控制器之間集成接口邏輯，降低電流消耗；為用戶提供穩(wěn)定的輸出電壓，電壓設置范圍2~5 V(誤差+3％)，可用電流最高可達50 mA；閑聊(JABBER)禁止。其接口邏輯是指從該器件到通訊控制器的接口，采用以下3種不同的工作模式：
(1)不采用電流式隔離 如果特殊應用的器件的總線接口無需電流式隔離，此時使使能信號GIM為低電平。接收和發(fā)送信號未經處理和轉換而通過。其電路如圖2所示。

(2)光耦隔離 為了得到數據和相關信號的線性電流式隔離，使用不同的隔離器件和隔離電路。常用方法是在每個信號端(TxS，TxE，RxS，RxA)放置光耦，如圖3所示。