∑-△ADC原理及應用

　　3 智能4~20mA變送器

　　老式的4～20mA變送器采用一個現場安裝的敏感元件感測一些物理信息，例如壓力或溫度等，然后產生一個正比于待測物理量的電流，電流的變化范圍標準化為4～20mA。電流環具有很多優點：測量信號對于噪聲不敏感;可以方便地進行遠端供電。第二代4～20mA變送器在遠端進行一些信號處理，通常采用微控制器和數據轉換器，如圖6所示。

　　這種變送器首先將信號數字化，然后采用微控制器內置的算法進行處理，對增益和零點進行標準化，對傳感器進行線性化，最后再將信號轉換到模擬域，作為一個標準電流通過環路傳送。第三代4~20mA變送器被稱為“靈巧且智能”，實際上是在前述功能的基礎上增加了數字通信(和傳統的4—20mA信號共用同一條雙絞線)。利用通信信道可以傳送一些控制和診斷信號。MAX1402這樣的低功耗器件對于此類應用非常適合，250 uA的功耗可以為變送器中的其余電路節省出可觀的功率。智能變送器所采用的通信標準是Hart協議。這是一種基于Bell 202電信標準的通信協議，工作于頻移鍵控方式(FSK)。數字信號由兩種頻率組成：1200Hz和2200Hz，分別對應于數碼1和0。兩種頻率的正弦波

　　疊加在直流模擬信號上，通過同一條電纜同時傳送。因為FSK信號的平均值總是零，因此4—20mA模擬信號不會受到影響。在不干擾模擬信號的前提下，數字通信信號具有每秒更新2—3個數據的響應速度。通信所需的最小環路阻抗是23 Ω。

　　小結

在高集成度調理系統出現之前，過程控制通常采用多個獨立的芯片實現信號調理和處理。∑-△技術降低了這部分電路的成本、空間需求和功率需求(事實上多數應用只需要+3V/+5V單電源)。這種特性尤其適合于電池供電的便攜系統。元件數量的降低同時還改善了系統的可靠性。