智能4-20mA變送器設計(06-100)

　　對于智能變送器系統，隔離壁壘可放置在微控制器和數字化傳感器數據之間。用磁耦合器跨接壁壘進入數據傳輸，這是一個好的替代光耦合器方法，它具有如下優點：

　　·較低的功率可使熱耗降低；

　　·性能更可靠(無LED老化或溫度靈敏度)；

　　·數據率較快；

　　·一個器件上有多個通道，使空間顯著縮小；

　　·DC精度較高。

　　數字隔離器(如ADI公司的ADuM101)簡化了ADC和控制器之間的3線串行接口通信，并擁有一個附加通道，使其包含數據讀回功能(圖3)。

　　在智能變送器中，微控制器功能分擔獲得主機測量信號、存儲變送器的信息、管理通信系統(通信系統可以把兩路通信放在用于承載測量信號的同一電路上)的任務。智能變送器包含共同采用的HART協議。
　　
　　適當地調理數字化數據后，用DAC通過4-20mA電流環進行傳輸，圖4示出如何用DAC、電阻器和MOSFET EFT產生數字控制的4-20mA電流環。用于控制4-20mA電流環的DAC必須是高精度、低功率、低電壓，并且能控制外部MOSFET的柵板電壓及內部放大器，使設計任務簡化。DAC上的SPI、QSP1、I2C和Microwire兼容接口簡化了接口連接，使其可與當今的大多數處理器和控制器一起使用。

　　這些配置唯一缺點是需要驅動外部MOSFET，這需要很高的電源電壓。大多數工業應用提供支持3V和5V邏輯控制和傳感器的低和高電壓，而傳感器可能需要高達36V(額定值24V)電壓。在圖5中，外部MOSFET驅動電流環，其驅動電流由下式確定：

　　其中Rsense為50Ω感測電阻器，N是DAC的分辨率，D是輸入碼的十進制等效值(表示處理之后的傳感器數字化輸出)。對于AD5660 DAC，串行輸入分辨率是16位，滿標范圍是2N=216=65536。對于1.25V基準、50Ω感測電阻器和滿標DAC輸出D為65536，輸出電流Iout=Vref/Rsense=1.25V/50Ω=25mA。在大多數應用中，電流環必須能給出10%或更大的過范圍值。

　　對于處理遠程位置而無本地電源的變送器(如流量表)，電路必須由4-20mA環供電。此時，應用需要電壓穩壓器，變換環電壓到各種傳感器電路工作所需的固定3V/5V電壓。電壓穩壓器可以是任何低成本器件，其靜態電流要遠遠低于4mA。

　　結語

　　越來越多的工業自動化應用在精確測量、控制不同過程和傳輸數據方面需要低功率轉換器。這些末端應用需要有增加性能，耐用和特性的產品，同時降低成本和板大小。智能4-20mA變送器正是這種器件。元件制造商正在解決這些問題，正在為現在和將來的系統設計人員提供大量轉換器和隔離產品。(京湘)