利用調(diào)制解調(diào)器IC改進HART通信網(wǎng)絡

接收路徑

當RTS處于邏輯高電平時，調(diào)制器禁用，解調(diào)器使能，也就是說調(diào)制解調(diào)器處于接收模式。接收器在HART_IN引腳上解調(diào)FSK調(diào)制信號。在此模式下，相關模塊是內(nèi)部帶通濾波器、ADC和DSP引擎。CD高電平（載波檢測）表示檢測到有效載波。解調(diào)數(shù)據(jù)通過UART接口上的RXD引腳發(fā)送至主處理器。

我們選擇該接收架構(gòu)的目的是讓AD5700能夠抵御惡劣工業(yè)環(huán)境中的噪聲和干擾。通過結(jié)合使用模擬濾波和數(shù)字濾波，可以在RXD引腳上實現(xiàn)出色的靈敏度和高度精確的輸出。HART位流之前是一個標準UART幀，該幀包含一個起始位、8位數(shù)據(jù)、一個奇偶校驗位和一個停止位。在解調(diào)模式下，調(diào)制解調(diào)器具有兩個濾波器配置選項：內(nèi)部濾波器（HART信號施加于HART_IN）和外部濾波器（濾波HART信號直接施加于ADC_IP）。外部濾波器模式支持在防爆和本安型環(huán)境中使用AD5700。它包括150 kΩ電阻，這樣可以將電流限制在足夠低水平，以遵守本質(zhì)安全要求。建議將此選項用于對安全至關重要的應用的操作，調(diào)制解調(diào)器必須與環(huán)路電源的高電壓隔離開。這種情況下，輸入端具有更高的瞬態(tài)電壓保護功能，因此即使是在要求最苛刻的工業(yè)環(huán)境中，也無需額外的保護電路。


其他模塊

圖2中顯示的其他三個模塊是上文提及的UART接口、內(nèi)部基準和振蕩器。RTS和TXD是用于調(diào)制的重要信號，而CD和RXD則對解調(diào)非常重要。AD5700可以接收外部2.5 V基準，只有在AVDD電源大于2.7 V時才能使用。對內(nèi)部或外部基準選項的使用受REF_SEL針腳的極性控制。對于時鐘，該器件支持多個方案，以實現(xiàn)簡單的低成本可配置解決方案。AD5700可以使用外部晶體、陶瓷諧振器或CMOS輸入。AD5700-1是首款集成內(nèi)部低功耗0.5%精密振蕩器的HART調(diào)制解調(diào)器IC，降低了所需的外部電路以及總體成本。眾多片上集成功能顯著簡化了HART兼容系統(tǒng)的設計，從而提供更加可靠和經(jīng)濟高效的穩(wěn)定網(wǎng)絡解決方案。

低功耗應用示例

低功耗非常重要，因為環(huán)路供電的所有電路的功耗必須低于3.5 mA。圖4顯示了環(huán)路中的HART通信應用示例。在AD5700控制板上，AD5700 HART調(diào)制解調(diào)器與AD5421 16位串行輸入環(huán)路供電型4 mA至20 mA DAC和ADuCM360 微控制器接口連接，以演示用于測量壓力（“0”）和溫度（“1”）的兩個共享數(shù)據(jù)通道的環(huán)路供電型發(fā)射器電路。

圖4. 在HART通信中，AD5421環(huán)路DAC和AD5700 HART調(diào)制解調(diào)器作為環(huán)路供電型數(shù)據(jù)發(fā)射器。

該電路已通過兼容性測試和驗證，并注冊為HART通信基金會認證的HART解決方案。產(chǎn)品注冊的詳細信息在它們的網(wǎng)站上提供。

在此類4 mA至20 mA環(huán)路供電型應用中，最重要的限制是整個電路的功耗必須低于3.5 mA（“低限報警”設置，比4 mA的信號下限低0.5 mA）。在此類應用中，AD5700的低功耗規(guī)格極為重要。在滿足功耗規(guī)格方面，每微安都非常重要，如果設計中的每個IC都抽取足夠小的電流，則不會超過3.5 mA的預算，應用將能正常運行。典型的發(fā)射和接收電流分別為124 μA和86 μA，相應的最大指定耗用電流分別為140 μA和115 μA，AD5700不會對整體電流預算產(chǎn)生很大影響。

結(jié)論

除了業(yè)界功耗最低的HART調(diào)制解調(diào)器IC之外，ADI公司還提供完整HART解決方案功能，包括微控制器產(chǎn)品, 放大器, 精密基準, 開關, ADC和電流-輸出DACAD5700 HART調(diào)制解調(diào)器可以輕松與以下器件接口：AD5421，在上文所述的環(huán)路供電型智能發(fā)射器應用示例中使用；AD5422 16位電壓輸出和電流輸出DAC，用于現(xiàn)場儀表或模擬I/O卡；AD5755-116位四通道DAC，采用創(chuàng)新的動態(tài)電源控制技術，用于多通道應用。此外，可以無縫匹配的元件也可用于整個信號鏈。與AD5700/AD5700-1結(jié)合使用時，它可以簡化系統(tǒng)設計和增強可靠性，實現(xiàn)穩(wěn)定HART兼容系統(tǒng)的快速輕松部署。