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

　　電路功能與優(yōu)勢

　　圖1所示電路是一款完整的智能工業(yè)環(huán)路供電現場(chǎng)儀器，提供 4 mA至20 mA模擬輸出和可尋址遠程傳感器高速通道（HART?） 接口。HART是一種數字雙向通信，可在4 mA至20 mA模擬電流信號之上調制一個(gè)1 mA峰峰值頻移鍵控（FSK）信號。它可實(shí)現眾多功能，例如遠程校準、故障查詢(xún)和過(guò)程變量傳輸；這些功能在諸如溫度和壓力控制等應用中是必須的。

　　該電路已通過(guò)兼容性測試和驗證，并通過(guò)了HART通信基金會(huì )（HCF）的注冊。這一成功注冊可讓電路設計人員極其放心地使用電路中的一個(gè)或全部元件。

　　該電路使用了超低功耗精密模擬微控制器 ADuCM360、4mA 至20 mA 16位環(huán)路供電數模轉換器（DAC） AD5421 ，以及業(yè)界功耗最低、尺寸最小的HART兼容型IC調制解調器 AD5700。

　　圖1. 具有HART接口的4 mA至20 mA環(huán)路供電現場(chǎng)儀器（原理示意圖：未顯示所有連接和去耦）

　　Figure 1A. DEMO-AD5700D2Z Printed Circuit Board （Pressure Sensor Not Included）

　　電路描述

　　模擬前端接口

　　ADuCM360模擬前端集成雙通道、高性能、24位Σ-Δ型模數轉換器（ADC）。同時(shí)還集成了可編程增益儀表放大器、精密帶隙基準電壓源、可編程電流源、靈活的多路復用器以及其它許多特性。該器件允許直接與多個(gè)模擬傳感器對接，如壓力傳感器電橋、電阻式溫度傳感器、熱電偶以及工業(yè)用途的其它各類(lèi)傳感器。

　　圖1表示連接主要橋式傳感器與輔助電阻式溫度傳感器的示例電路。而 ADuCM360具有靈活的前端，允許進(jìn)行除此之外的其它各種配置，滿(mǎn)足各種類(lèi)型的精密模擬傳感器應用要求。

　　主傳感器輸入

　　的片內ADC0測量現場(chǎng)儀器的主傳感器，在圖1中表示為橋式傳感器。該傳感器通過(guò)一個(gè)RC濾波器網(wǎng)絡(luò )連接至模擬輸入引腳AIN0和AIN1，以便增強系統抵抗電磁干擾的能力。共模濾波器帶寬約為16 kHz，差模帶寬為800 Hz。

　　ADuCM360的VREF+和VREF?基準電壓輸入檢測電橋的激勵電壓并啟動(dòng)電路的比率工作模式，使測量獨立于傳感器電源電壓的確切值。若應用需要，則片內接地開(kāi)關(guān)可動(dòng)態(tài)斷開(kāi)電橋的激勵電壓，降低功耗。

　　輔助傳感器輸入

　　本電路使用100Ω鉑（Pt）電阻溫度檢測器（RTD）作為輔助傳感器。RTD能夠檢測主傳感器的溫度，因此，如果必要，可對主傳感器進(jìn)行溫度補償。

　　ADuCM360可編程電流源通過(guò)AIN4引腳為RTD提供電流。 ADuCM360上的ADC1利用配置為差分輸入的AIN3和AIN2 引腳，測量RTD的電壓。利用精密電阻（RREF），對流過(guò) RTD的確切電流值進(jìn)行檢測，并使用ADC1的AIN7引腳測得。ADC1使用片內帶隙基準電壓源。

　　數字數據處理、算法和通信

　　所有現場(chǎng)儀器的數字功能均由 ADuCM36032位ARM Cortex? M3 RISC處理器提供，該處理器集成128 k字節非易失性fiash/EE 存儲器、8 k字節SRAM，以及一個(gè)支持有線(xiàn)（2× SPI、UART、 I2C）通信外設的11通道直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)（DMA）控制器。

　　演示軟件可進(jìn)行初始化和配置、處理來(lái)自模擬輸入的數據、控制模擬輸出，并進(jìn)行HART通信。

　　模擬輸出

　　AD5421集成16位低功耗精密DAC，該DAC帶4 mA至20 mA 環(huán)路供電輸出驅動(dòng)器，可提供現場(chǎng)儀器模擬輸出所需的全部功能。

　　AD5421通過(guò)SPI接口與 ADuCM360控制器對接。

　　AD5421還集成了一系列與4 mA至20 mA環(huán)路相關(guān)的診斷功能。輔助ADC可通過(guò)連接至VLOOP引腳上的20 MΩ/1 MΩ電阻分壓器測量?jì)x器環(huán)路端的電壓。該ADC還可通過(guò)內部傳感器測量芯片溫度。 ADuCM360 控制器可配置并讀取 AD5421， 的全部診斷數據，但 AD5421也可采用自主工作方式。