基于微處理器的智能發(fā)射器信號(hào)鏈解決方案詳解
當(dāng)代的現(xiàn)場(chǎng)儀器,也就是眾所周知的智能發(fā)射器,是基于微處理器的智能現(xiàn)場(chǎng)儀器,用于監(jiān)控過程控制變量,例如溫度、流速和壓力等。隨著一些處理功能從中心控制室分散到工作現(xiàn)場(chǎng),此類現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化程度日益提高。這同時(shí)也增加了智能發(fā)射器信號(hào)鏈的復(fù)雜性,向最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面臨著一種直接挑戰(zhàn),也就是既要融合額外的智能、功能和診斷能力,同時(shí)又要開發(fā)出能夠在4-20mA的環(huán)路所提供的有限功率范圍內(nèi)有效運(yùn)行的系統(tǒng)。由ADI公司開發(fā)并向HART?通信基金會(huì)注冊(cè)的一個(gè)示例解決方案專門用于此類設(shè)計(jì)。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201809/389059.htm圖1和圖2所示的兩種傳感器常用于智能發(fā)射器設(shè)計(jì),其中的主變量取決于輔助變量(例如主變量的溫度補(bǔ)償)。ADuCM360的片內(nèi)ADC 0測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)儀表的主傳感器:在本例中,它是電阻電橋壓力傳感器,而ADC 1則用于測(cè)量輔助溫度傳感器信號(hào)。
這樣可以實(shí)現(xiàn)主傳感器的溫度補(bǔ)償。與ADC相同,兩個(gè)儀表放大器也集成到ADuCM360上,另外還有激勵(lì)電流源、基準(zhǔn)電壓源和其他所需模擬電路。所有現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)字功能都由低功耗32位ARM Cortex?-M3 RISC處理器提供。微控制器是一個(gè)復(fù)雜元件,可能需要很大功率,所以每毫瓦功率能夠完成的處理越多越好。因此,我們需要調(diào)節(jié)控制器運(yùn)行的時(shí)鐘頻率,既要維持必需的運(yùn)行,還要保持在低功耗預(yù)算范圍內(nèi)運(yùn)行。對(duì)于任何微處理器外設(shè)/接口的時(shí)鐘信號(hào),同樣也必須達(dá)到這些要求。要讓ADuCM360保持在分配的功耗預(yù)算范圍內(nèi)運(yùn)行,另一個(gè)關(guān)鍵因素是能夠?qū)㈦娫磩?dòng)態(tài)切換到各個(gè)模塊。這種電源門控功能確保每個(gè)功能模塊需要電源時(shí)為其提供電源,但特定功能模塊關(guān)閉時(shí),則會(huì)關(guān)閉其電源。
除了處理測(cè)量之外,ADuCM360還用于控制DAC,再由DAC控制環(huán)路電流。AD5421是一款完整的環(huán)路供電型4 mA-20 mA數(shù)模轉(zhuǎn)換器,內(nèi)置基準(zhǔn)電壓源、環(huán)路接口和可編程電壓調(diào)節(jié)電路,它們都是從環(huán)路獲取低功耗電源,并為自身以及發(fā)射器信號(hào)鏈的其他元件供電所必需的。DAC還提供多個(gè)片內(nèi)診斷功能,所有這些功能都可由微控制器配置和讀取,但也可以自主工作。例如,如果微控制器和DAC之間的通信失敗,片內(nèi)看門狗定時(shí)器會(huì)在指定時(shí)間長(zhǎng)度之后,自動(dòng)將DAC模擬輸出設(shè)置為3.2 mA“報(bào)警”電流。這樣可將現(xiàn)場(chǎng)儀器工作故障這一情況匯報(bào)給主機(jī)。
最后,AD5700 HART調(diào)制解調(diào)器和微控制器的UART接口共同實(shí)現(xiàn)智能發(fā)射器設(shè)計(jì)中的HART(可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道)通信,并在讀取儀器的進(jìn)程和診斷信息方面發(fā)揮重要作用。HART輸出通過容性分壓器調(diào)整至所需幅度,并耦合至DAC的CIN引腳,然后與DAC輸出一同驅(qū)動(dòng)和調(diào)制輸出電流。HART輸入通過簡(jiǎn)單無源RC濾波器從LOOP+耦合。RC濾波器作為第一級(jí),用作HART解調(diào)器的帶通濾波器,同時(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)抵抗電磁干擾的能力——這對(duì)于穩(wěn)定工作在惡劣工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用而言非常重要。HART調(diào)制解調(diào)器的時(shí)鐘由片上低功耗振蕩器生成,具有3.8664 MHz外部晶振,使用兩個(gè)8.2 pF接地電容,直接連接到XTAL引腳。此配置使用可能最低的功率。
總而言之,以上所述電路演示了一種可能解決方案,可以應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)路供電智能變送器的多方面挑戰(zhàn),以滿足不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。ADI公司提供的DEMO-AD5700D2Z解決方案可以直接應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn),平衡每個(gè)組件所需的功耗分配,從而產(chǎn)生綜合全面的信號(hào)鏈,由此滿足現(xiàn)代多功能市場(chǎng)領(lǐng)先型智能發(fā)射器設(shè)計(jì)在功耗、性能、尺寸和診斷方面的要求。
評(píng)論