基于SIMl-2的現(xiàn)場總線儀表電路設(shè)計(jì)

1 引言
現(xiàn)場總線儀表的重要特點(diǎn)是總線供電?？偩€供電是指儀表從傳輸數(shù)據(jù)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(yán)格的功耗約束和復(fù)雜的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方案。

2 媒體結(jié)合單元(MAU)
典型的現(xiàn)場總線儀表由媒體結(jié)合單元MAU(Medium Attachment Unit)、數(shù)字系統(tǒng)、A／D轉(zhuǎn)換器、信號調(diào)理電路和傳感器組成。其中MAU電路通常與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)在一個(gè)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(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)邏輯信號與傳輸介質(zhì)上的物理信號之間的轉(zhuǎn)換，總線供電的MAU電路用于從總線吸收電流，產(chǎn)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(shè)計(jì)思想是片內(nèi)集成易于集成的器件(如運(yùn)算放大器、DC／DC變換器和基準(zhǔn)源等)，而較大數(shù)值的電阻、電容和較大功率的電流調(diào)整管等器件仍使用分立元件。MAU電路設(shè)計(jì)難點(diǎn)是在滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)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(shù)，最大數(shù)據(jù)傳輸速率31．25 Kbit／s，采用SMD housing MLPQ40封裝，器件尺寸小。SIMl-2的結(jié)構(gòu)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(shù)；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(shè)置范圍2~5 V(誤差+3％)，可用電流最高可達(dá)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(yīng)用的器件的總線接口無需電流式隔離，此時(shí)使使能信號GIM為低電平。接收和發(fā)送信號未經(jīng)處理和轉(zhuǎn)換而通過。其電路如圖2所示。

(2)光耦隔離 為了得到數(shù)據(jù)和相關(guān)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(gè)信號端(TxS，TxE，RxS，RxA)放置光耦，如圖3所示。