具有HART接口的完整4mA至20mA環(huán)路供電現(xiàn)場(chǎng)儀器

　　電路功能與優(yōu)勢(shì)

　　圖1所示電路是一款完整的智能工業(yè)環(huán)路供電現(xiàn)場(chǎng)儀器，提供 4 mA至20 mA模擬輸出和可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道（HART?） 接口。HART是一種數(shù)字雙向通信，可在4 mA至20 mA模擬電流信號(hào)之上調(diào)制一個(gè)1 mA峰峰值頻移鍵控（FSK）信號(hào)。它可實(shí)現(xiàn)眾多功能，例如遠(yuǎn)程校準(zhǔn)、故障查詢和過(guò)程變量傳輸；這些功能在諸如溫度和壓力控制等應(yīng)用中是必須的。

　　該電路已通過(guò)兼容性測(cè)試和驗(yàn)證，并通過(guò)了HART通信基金會(huì)（HCF）的注冊(cè)。這一成功注冊(cè)可讓電路設(shè)計(jì)人員極其放心地使用電路中的一個(gè)或全部元件。

　　該電路使用了超低功耗精密模擬微控制器 ADuCM360、4mA 至20 mA 16位環(huán)路供電數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC） AD5421 ，以及業(yè)界功耗最低、尺寸最小的HART兼容型IC調(diào)制解調(diào)器 AD5700。

　　圖1. 具有HART接口的4 mA至20 mA環(huán)路供電現(xiàn)場(chǎng)儀器（原理示意圖：未顯示所有連接和去耦）

　　Figure 1A. DEMO-AD5700D2Z Printed Circuit Board （Pressure Sensor Not Included）

　　電路描述

　　模擬前端接口

　　ADuCM360模擬前端集成雙通道、高性能、24位Σ-Δ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。同時(shí)還集成了可編程增益儀表放大器、精密帶隙基準(zhǔn)電壓源、可編程電流源、靈活的多路復(fù)用器以及其它許多特性。該器件允許直接與多個(gè)模擬傳感器對(duì)接，如壓力傳感器電橋、電阻式溫度傳感器、熱電偶以及工業(yè)用途的其它各類傳感器。

　　圖1表示連接主要橋式傳感器與輔助電阻式溫度傳感器的示例電路。而 ADuCM360具有靈活的前端，允許進(jìn)行除此之外的其它各種配置，滿足各種類型的精密模擬傳感器應(yīng)用要求。

　　主傳感器輸入

　　的片內(nèi)ADC0測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)儀器的主傳感器，在圖1中表示為橋式傳感器。該傳感器通過(guò)一個(gè)RC濾波器網(wǎng)絡(luò)連接至模擬輸入引腳AIN0和AIN1，以便增強(qiáng)系統(tǒng)抵抗電磁干擾的能力。共模濾波器帶寬約為16 kHz，差模帶寬為800 Hz。

　　ADuCM360的VREF+和VREF?基準(zhǔn)電壓輸入檢測(cè)電橋的激勵(lì)電壓并啟動(dòng)電路的比率工作模式，使測(cè)量獨(dú)立于傳感器電源電壓的確切值。若應(yīng)用需要，則片內(nèi)接地開關(guān)可動(dòng)態(tài)斷開電橋的激勵(lì)電壓，降低功耗。

　　輔助傳感器輸入

　　本電路使用100Ω鉑（Pt）電阻溫度檢測(cè)器（RTD）作為輔助傳感器。RTD能夠檢測(cè)主傳感器的溫度，因此，如果必要，可對(duì)主傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

　　ADuCM360可編程電流源通過(guò)AIN4引腳為RTD提供電流。 ADuCM360上的ADC1利用配置為差分輸入的AIN3和AIN2 引腳，測(cè)量RTD的電壓。利用精密電阻（RREF），對(duì)流過(guò) RTD的確切電流值進(jìn)行檢測(cè)，并使用ADC1的AIN7引腳測(cè)得。ADC1使用片內(nèi)帶隙基準(zhǔn)電壓源。

　　數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理、算法和通信

　　所有現(xiàn)場(chǎng)儀器的數(shù)字功能均由 ADuCM36032位ARM Cortex? M3 RISC處理器提供，該處理器集成128 k字節(jié)非易失性fiash/EE 存儲(chǔ)器、8 k字節(jié)SRAM，以及一個(gè)支持有線（2× SPI、UART、 I2C）通信外設(shè)的11通道直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（DMA）控制器。

　　演示軟件可進(jìn)行初始化和配置、處理來(lái)自模擬輸入的數(shù)據(jù)、控制模擬輸出，并進(jìn)行HART通信。

　　模擬輸出

　　AD5421集成16位低功耗精密DAC，該DAC帶4 mA至20 mA 環(huán)路供電輸出驅(qū)動(dòng)器，可提供現(xiàn)場(chǎng)儀器模擬輸出所需的全部功能。

　　AD5421通過(guò)SPI接口與 ADuCM360控制器對(duì)接。

　　AD5421還集成了一系列與4 mA至20 mA環(huán)路相關(guān)的診斷功能。輔助ADC可通過(guò)連接至VLOOP引腳上的20 MΩ/1 MΩ電阻分壓器測(cè)量?jī)x器環(huán)路端的電壓。該ADC還可通過(guò)內(nèi)部傳感器測(cè)量芯片溫度。 ADuCM360 控制器可配置并讀取 AD5421， 的全部診斷數(shù)據(jù)，但 AD5421也可采用自主工作方式。