完整的HART兼容型4mA至20mA解決方案(一)

電路功能與優(yōu)勢(shì)

圖1所示電路使用業(yè)界功耗最低且尺寸的HART?1兼容型IC調(diào)制解調(diào)器AD5700和16位電流輸出和電壓輸出DACAD5422，構(gòu)成完整的HART兼容型4 mA至20 mA解決方案。該電路中采用 OP184，使得IOUT和VOUT引腳能夠短接在一起，從而減少可編程邏輯控制（PLC）模塊應(yīng)用中所需的螺絲連接數(shù)量。為了進(jìn)一步節(jié)省空間，AD5700-1 提供了精度為0.5%的內(nèi)部振蕩器。

圖1. AD5422 HART使能電路原理示意圖

應(yīng)用筆記 AN-1065 描述了為符合HART通信標(biāo)準(zhǔn)而對(duì)AD5420 IOUT DAC進(jìn)行配置的方式。AN-1065概述了AD5700HART調(diào)制解調(diào)器輸出如何進(jìn)行衰減并通過CAP2引腳交流耦合至AD5420。AD5422也是如此。然而，如果應(yīng)用中涉及特別惡劣的環(huán)境，則可采用一種電源抑制特性更加的替代電路配置。這種替代電路要求使用外部RSET電阻，并涉及到將HART信號(hào)耦合至AD5420或AD5422的RSET引腳。CN-0270描述了AD5420的這種解決方案，通常是在線路供電的發(fā)射器應(yīng)用中。目前的電路筆記與AD5422相關(guān)；與AD5420不同，該器件提供電壓和電流輸出引腳，因此特別適合PLC/分布式控制系統(tǒng)（DCS）應(yīng)用。AD5422提供40引腳LFCS和24引腳TSSOP封裝，這點(diǎn)與電路特性的相關(guān)性將在“電路描述”部分加以介紹。

該電路符合由HART通信基金會(huì)定義的HART物理層規(guī)范，例如靜默期間輸出噪聲和模擬變化率規(guī)格。

多年來，過程控制儀器儀表中一直使用4 mA至20 mA通信。此通信方式穩(wěn)定可靠，對(duì)長(zhǎng)距離通信中的環(huán)境干擾具有高抗擾度。不過，其限制是每次只能進(jìn)行一個(gè)過程變量的單向通信。

可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道（HART）標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)了高性能的雙向數(shù)字通信，同時(shí)支持傳統(tǒng)儀器儀表設(shè)備所使用的4 mA至20 mA模擬信號(hào)。它衍生出各種特性，例如遠(yuǎn)程校準(zhǔn)、故障查詢和額外過程變量的傳輸。簡(jiǎn)言之，HART是一種數(shù)字雙向通信，可在4 mA至20 mA模擬電流信號(hào)之上調(diào)制一個(gè)1 mA峰峰值頻移鍵控（FSK）信號(hào)。

電路描述

圖1顯示AD5422如何與AD5700 HART調(diào)制解調(diào)器和UART接口配合使用，以使PLC和DCS系統(tǒng)常用的4 mA至20 mA電流輸出支持HART。如果應(yīng)用無需短接IOUT和VOUT引腳，則不一定需要連接至+VSENSE引腳的緩沖器。來自AD5700的HART_OUT信號(hào)經(jīng)衰減后，交流耦合至AD5422的RSET引腳。如果未使用外部RSET電阻，通過CAP2引腳連接AD5422和AD5700的替代方法請(qǐng)參見應(yīng)用筆記AN-1065，如前文所述。此方法只適用于AD5422的40引腳LFCSP封裝選項(xiàng)，因?yàn)橐_數(shù)量較少的24引腳TSSOP封裝沒有CAP2引腳。

雖然本電流電路筆記中描述的方法需要使用外部RSET電阻，但其電源抑制性能卻高于替代應(yīng)用筆記解決方案。無論使用哪一種解決方案，AD5700 HART調(diào)制解調(diào)器輸出均可在不影響電流直流電平的前提下調(diào)制4 mA至20 mA模擬電流（如圖2所示）。二極管保護(hù)電路（D1至D4）將在“瞬態(tài)電壓保護(hù)”部分詳細(xì)論述。

圖2. AD5700/AD5700-1樣片調(diào)制器波形

確定外部元件值

C1和C2電容可配合器件的數(shù)字壓擺率控制功能使用，以控制AD5422的IOUT信號(hào)壓擺率。確定電容的絕對(duì)值時(shí)，要確保調(diào)制解調(diào)器的FSK輸出無失真通過。因此，調(diào)制解調(diào)器輸出信號(hào)的帶寬必須通過1200 Hz和2200 Hz頻率。圖3顯示了實(shí)現(xiàn)此要求的電路。在此情況下，C2（如圖1所示）保持開路。