具有額外電壓輸出能力的完整4 mA至20 mA HART解決

靜默期間輸出噪聲

當HART設備沒(méi)有進(jìn)行傳輸(靜默)時(shí)，不應在HART擴展頻帶中將噪聲耦合到網(wǎng)絡(luò )上。噪聲過(guò)高可能會(huì )干擾設備本身或網(wǎng)絡(luò )上其它設備對HART信號的接收。

對于在500Ω負載上測得的電壓噪聲，其包含的擴展頻帶中的寬帶噪聲和相關(guān)噪聲總和不能超過(guò)2.2 mV rms。此噪聲通過(guò)在500Ω負載上連接HCF_TOOL-31濾波器(可從HART通信基金會(huì )獲得)并將濾波器輸出連接到真均方根測量?jì)x(參見(jiàn)圖6)來(lái)測量。也可使用示波器來(lái)檢查輸出波形峰峰值電壓。

AD5422 輸出電流設置為4 mA、12 mA和20mA。對于所有這三個(gè)輸出電流值，有帶通濾波器時(shí)的結果十分相似，不過(guò)電流輸出值增加時(shí)，寬帶寬噪聲也略有增加。在輸出電流為4 mA的情況下，使用和不使用HCF_TOOL-31帶通濾波器時(shí)，測得的均方根值分別為143μV rms和1.4μV rms。這兩個(gè)值均在要求的2.2 mV rms(使用HART濾波器)和138 mVrms(不使用HART濾波器的寬帶噪聲)規范內。在輸出電流為12 mA的情況下，使用和不使用HCF_TOOL-31帶通濾波器時(shí)，測得的均方根值分別為158μV rms和2.1μV rms，這兩個(gè)值同樣都在HART協(xié)議規范要求的范圍內。

圖9. AD5422輸出(通道1)和HART濾波器輸出(通道2)，SR時(shí)鐘= 3，SR階躍= 2，C1 = 4.7 nF，C2 = NC

圖9顯示了AD5422的輸出和HART濾波器的輸出。濾波器輸出端的峰值電壓為82 mV，處于規定范圍以?xún)?。壓擺率設置為SR時(shí)鐘= 3和SR階躍= 2，從4 mA至20 mA的轉換時(shí)間設為約120 ms，C1 = 4.7 nF，C2未連接。如果這個(gè)變化率太低，可以縮短壓擺時(shí)間。采用C1 = 4.7 nF且C2未連接的電路配置時(shí)，可以發(fā)現壓擺時(shí)間設為80 ms(SR時(shí)鐘= 1，SR階躍= 2)時(shí)，所得到的模擬變化率符合HART規范。然而，如果將壓擺時(shí)間進(jìn)一步縮短至60 ms(SR時(shí)鐘= 0，SR階躍=2)，則會(huì )導致結果超出150 mV規格范圍。從CAP1連接至AVDD的電容可用于抵消濾波器輸出端因壓擺時(shí)間過(guò)快而導致的峰值電壓增加。然而，選擇此值時(shí)必須小心，因為它會(huì )影響“確定外部元件值”部分討論的低通濾波器截止頻率。

圖10顯示了壓擺率控制設置改為SR時(shí)鐘= 5、SR階躍= 2且C1電容值保持4.7 nF不變的結果。這樣，轉換時(shí)間就會(huì )在240 ms左右。濾波器輸出端的峰值幅度可通過(guò)增加C1值、配置更慢的壓擺率或通過(guò)兩者的組合來(lái)進(jìn)一步降低。

圖10. AD5422輸出(通道1)和HART濾波器輸出(通道2)，SR時(shí)鐘= 5，SR階躍= 2，C1 = 4.7 nF，C2 = NC

瞬態(tài)電壓保護

AD5422 內置ESD保護二極管，可防止正常操作造成的損害。但是，工業(yè)控制環(huán)境會(huì )使I/O電路遭受高得多的瞬變。為了防止過(guò)高瞬態(tài)電壓影響AD5422，可能需要外部功率二極管和浪涌電流限制電阻，如圖1所示。對電阻值的約束條件(圖1中顯示為18Ω)是，在正常工作期間，IOUT的輸出電平必須保持在其順從電壓限值(AVDD − 2.5 V)以?xún)?，并且這兩個(gè)保護二極管和電阻必須具有適當的額定功率。在18Ω的條件下，對于4 mA至20 mA輸出，引腳處的順從限值降低V = IMAX × R = 0.36 V。 OP184 緩沖器的正輸入端還連接了一個(gè)10 kΩ電阻，用以限制瞬態(tài)期間的電流來(lái)保護放大器。通過(guò)瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)或瞬態(tài)吸收器可實(shí)現進(jìn)一步的保護。這些元件包括單向和雙向抑制器，可提供各種各樣的隔離和擊穿電壓額定值。TVS應盡量采用最低擊穿電壓定標，同時(shí)在電流輸出的功能范圍內不導通。建議保護所有遠程連接節點(diǎn)。