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

　　例如，若控制器和 AD5421之間的通信發(fā)生故障， AD5421 將在一段時間后自動設置其模擬輸出為3.2 mA報警電流。此報警電流將現(xiàn)場儀器工作故障這一情況匯報給主機。

　　輸出電流值的任何改變都受到軟件的控制，以防對HART 通信產(chǎn)生干擾。（參見“模擬變化率”部分）。

　　HART通信

　　AD5700 集成完整的HART FSK調(diào)制解調(diào)器。該調(diào)制解調(diào)器通過標準UART接口，伴隨請求發(fā)送（RTS）和載波檢測（CD） 信號實現(xiàn)與 ADuCM360控制器的連接。

　　HART輸出通過0.068 μF/0.22 μF容性分壓器調(diào)整至所需幅度，并耦合至 AD5421的CIN引腳，然后與DAC輸出一同驅(qū)動和調(diào)制輸出電流。

　　被耦合到LOOP+端的HART信號通過一個簡單的有源RC濾波器輸入到 AD5700的ADC_IP引腳。RC濾波器作為第一級，用作HART解調(diào)器的帶通濾波器，同時增強系統(tǒng)抵抗電磁干擾的能力——這對于穩(wěn)定工作在惡劣工業(yè)環(huán)境中的應用而言非常重要。

　　AD5700低功耗振蕩器采用與XTAL1和XTAL2引腳直接相連的3.8664 MHz外部晶振，產(chǎn)生HART調(diào)制解調(diào)器的時鐘。

　　輸出保護

　　瞬變電壓抑制器（TVS）保護4 mA至20 mA HART接口免受過壓影響。其額定電壓不應超過 AD5421 在REGIN引腳上的60 V 絕對最大電壓。請注意，TVS泄漏電流可能會影響電流輸出精度；因此，選用此器件時，需關(guān)注一定環(huán)路電壓和溫度范圍下的泄漏電流。

　　可使用外部耗盡型FET與 AD5421 搭配工作，提高環(huán)路電壓最大值。

　　本電路具有保護功能，通過與環(huán)路輸出相串聯(lián)的一對二極管保護電路免受極性反轉(zhuǎn)的影響。

　　鐵氧體磁珠與環(huán)路串聯(lián)，該串聯(lián)部分與4700 pF電容一同提升系統(tǒng)的EMC性能。由于HART網(wǎng)絡的規(guī)格限制，請勿在環(huán)路端點處使用更高數(shù)值的電容。

　　4.7 V低泄露齊納二極管保護 AD5421 的片內(nèi)50 Ω環(huán)路檢測電阻免受 AD5421的COM引腳和LOOP?引腳間意料之外的外部電壓影響（例如，對 ADuCM360 編程或調(diào)試電路時）。

　　電源和電源管理

　　包括傳感器驅(qū)動電流在內(nèi)的完整現(xiàn)場儀器電路必須工作在 4 mA至20 mA環(huán)路提供的限量電源下。這對所有環(huán)路供電現(xiàn)場儀器設計而言，都是一個普遍的難題。圖1中的電路提供了低功耗以及高性能解決方案的一個實例。應用中用到的全部三個集成電路均針對低功耗而設計，并且電路依靠各自的集成特性提供靈活的電源管理結(jié)構(gòu)和性能最優(yōu)的環(huán)路供電解決方案。

　　AD5421采用4 mA至20 mA環(huán)路電壓供電，為電路的其余部分提供經(jīng)過調(diào)節(jié)的低電壓。依據(jù)電路的需求， AD5421 REGOUT 電壓可以編程在1.8 V至12 V范圍內(nèi)。圖1中的電路采用3.3 V電源電壓選項，作為所用輸入傳感器的一個實例。然而，由于 ADuCM360和 AD5700 具有更寬的電源電壓范圍，因此可采用不同的電源電壓，以滿足應用要求。

　　REGOUT RC濾波器（10 μF/10 Ω/10 μF）有助于防止傳感器模擬前端受到來自環(huán)路的任何干擾的影響。它還能防止電路產(chǎn)生的任何干擾（尤其是控制器和數(shù)字電路產(chǎn)生的干擾）回流耦合至環(huán)路，這對于可靠的HART通信而言非常重要。

　　AD5700HART調(diào)制解調(diào)器通過一個額外的RC濾波器供電 （470 Ω/1 μF）。該濾波器在環(huán)路供電應用中的作用非常重要，因為它可防止 AD5700的電流噪聲與4 mA至20 mA環(huán)路輸出進行耦合；若非如此，將影響HART通信。在靜默測試期間，特地通過HART帶內(nèi)噪聲解決4 mA至20 mA環(huán)路噪聲性能問題。 AD5700調(diào)制解調(diào)器使用外部晶振，通過將 XTAL1和XTAL2上的8.2 pF電容接地，在可達到的功耗范圍中選擇最低值。

　　ADuCM360具有極為靈活的內(nèi)部電源管理功能，提供所有內(nèi)部模塊的許多供電和時鐘選項，并且當軟件調(diào)用時，允許針對特定的儀器應用，在要求的功能、性能和功耗之間取得最佳平衡。請參考 ADuCM360 產(chǎn)品頁面和 AN-1111應用指南。

　　模擬前端AVDD通過另一個濾波器（10 μF/鐵氧體磁珠/1.6 Ω/ 10 μF）供電，以便最大程度針對低壓傳感器信號減少電源噪聲，獲得更佳性能。

　　ADuCM360 的GND_SW接地開關(guān)引腳控制主傳感器的激勵和電源。儀器上電時，開關(guān)默認為關(guān)閉。這一默認設定允許在開啟傳感器之前對系統(tǒng)進行全面配置，包括適當?shù)碾娫茨Ｊ?，從而最大程度降? mA至20 mA環(huán)路輸出上可能存在的任何上電尖峰。

　　類似地，輔助傳感器采用 ADuCM360的可編程電流源供電，因此可通過軟件完全控制其電源輸入。

　　ADuCM360 軟件

　　可在 CN-0267 設計支持包中找到演示本電路功能和性能的基本代碼示例。

　　代碼示例包括基本HART從機命令響應，用于演示硬件的功能和特性。代碼示例不包括HART通信的協(xié)議層。

　　常見變化

　　ADuCM360具有一個高性能且非常靈活的模擬前端，提供 12個模擬輸入引腳以及供基準電壓源和接地開關(guān)使用的額外引腳。它允許與多個各類模擬傳感器直接接口，比如任意的阻性橋式傳感器、電阻式溫度傳感器或熱電偶。由于可用于幾乎所有的傳感器現(xiàn)場儀器，這款現(xiàn)場儀器解決方案并不局限于溫度補償型壓力測量。

　　在模擬前端只需一個Σ-Δ型ADC的應用中，可使用 ADuCM361替換 ADuCM360。除了備用ADC， ADuCM361提供 ADuCM360的所有特性。

　　ADuCM361 片內(nèi)DAC和外部晶體管可用于控制4 mA至20 mA 環(huán)路，詳情請參見CN-0300。

　　AD5421可通過保護電路直接與環(huán)路相連。也可在AD5421 和環(huán)路電源之間連接一個耗盡型N溝道MOSFET，如圖2所示。由于在本配置中使用額外MOSFET，因此可將 AD5421 上的電壓降保持在12 V左右，降低 AD5421封裝的功耗，并增加4 mA至20 mA模擬輸出精度。它還可將環(huán)路允許的最大電壓提升至MOSFET的額定電平值。額外的MOSFET對 HART通信無影響。

　　圖2. MOSEFT連接至AD5421環(huán)路電源

　　本電路中， AD5700與3.8664 MHz晶振共同使用，形成具有最低功耗的配置。作為替代方案， AD5700-1可配合0.5 %精度的集成式內(nèi)部振蕩器使用。與晶體振蕩器相比，內(nèi)部振蕩器最多可提升225 μA調(diào)制解調(diào)器電源電流，但因為無需使用外部晶體，因此該方案同時節(jié)省了成本，降低了所需的電路板面積。

　　對于非環(huán)路供電的應用，則 AD5410， AD5420， AD5422或AD5755 是針對4 mA至20 mA DAC不錯的選擇。