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

　　例如，若控制器和 AD5421之間的通信發(fā)生故障， AD5421 將在一段時(shí)間后自動(dòng)設置其模擬輸出為3.2 mA報警電流。此報警電流將現場(chǎng)儀器工作故障這一情況匯報給主機。

　　輸出電流值的任何改變都受到軟件的控制，以防對HART 通信產(chǎn)生干擾。（參見(jiàn)“模擬變化率”部分）。

　　HART通信

　　AD5700 集成完整的HART FSK調制解調器。該調制解調器通過(guò)標準UART接口，伴隨請求發(fā)送（RTS）和載波檢測（CD） 信號實(shí)現與 ADuCM360控制器的連接。

　　HART輸出通過(guò)0.068 μF/0.22 μF容性分壓器調整至所需幅度，并耦合至 AD5421的CIN引腳，然后與DAC輸出一同驅動(dòng)和調制輸出電流。

　　被耦合到LOOP+端的HART信號通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的有源RC濾波器輸入到 AD5700的ADC_IP引腳。RC濾波器作為第一級，用作HART解調器的帶通濾波器，同時(shí)增強系統抵抗電磁干擾的能力——這對于穩定工作在惡劣工業(yè)環(huán)境中的應用而言非常重要。

　　AD5700低功耗振蕩器采用與XTAL1和XTAL2引腳直接相連的3.8664 MHz外部晶振，產(chǎn)生HART調制解調器的時(shí)鐘。

　　輸出保護

　　瞬變電壓抑制器（TVS）保護4 mA至20 mA HART接口免受過(guò)壓影響。其額定電壓不應超過(guò) AD5421 在REGIN引腳上的60 V 絕對最大電壓。請注意，TVS泄漏電流可能會(huì )影響電流輸出精度；因此，選用此器件時(shí)，需關(guān)注一定環(huán)路電壓和溫度范圍下的泄漏電流。

　　可使用外部耗盡型FET與 AD5421 搭配工作，提高環(huán)路電壓最大值。

　　本電路具有保護功能，通過(guò)與環(huán)路輸出相串聯(lián)的一對二極管保護電路免受極性反轉的影響。

　　鐵氧體磁珠與環(huán)路串聯(lián)，該串聯(lián)部分與4700 pF電容一同提升系統的EMC性能。由于HART網(wǎng)絡(luò )的規格限制，請勿在環(huán)路端點(diǎn)處使用更高數值的電容。

　　4.7 V低泄露齊納二極管保護 AD5421 的片內50 Ω環(huán)路檢測電阻免受 AD5421的COM引腳和LOOP?引腳間意料之外的外部電壓影響（例如，對 ADuCM360 編程或調試電路時(shí)）。

　　電源和電源管理

　　包括傳感器驅動(dòng)電流在內的完整現場(chǎng)儀器電路必須工作在 4 mA至20 mA環(huán)路提供的限量電源下。這對所有環(huán)路供電現場(chǎng)儀器設計而言，都是一個(gè)普遍的難題。圖1中的電路提供了低功耗以及高性能解決方案的一個(gè)實(shí)例。應用中用到的全部三個(gè)集成電路均針對低功耗而設計，并且電路依靠各自的集成特性提供靈活的電源管理結構和性能最優(yōu)的環(huán)路供電解決方案。

　　AD5421采用4 mA至20 mA環(huán)路電壓供電，為電路的其余部分提供經(jīng)過(guò)調節的低電壓。依據電路的需求， AD5421 REGOUT 電壓可以編程在1.8 V至12 V范圍內。圖1中的電路采用3.3 V電源電壓選項，作為所用輸入傳感器的一個(gè)實(shí)例。然而，由于 ADuCM360和 AD5700 具有更寬的電源電壓范圍，因此可采用不同的電源電壓，以滿(mǎn)足應用要求。

　　REGOUT RC濾波器（10 μF/10 Ω/10 μF）有助于防止傳感器模擬前端受到來(lái)自環(huán)路的任何干擾的影響。它還能防止電路產(chǎn)生的任何干擾（尤其是控制器和數字電路產(chǎn)生的干擾）回流耦合至環(huán)路，這對于可靠的HART通信而言非常重要。

　　AD5700HART調制解調器通過(guò)一個(gè)額外的RC濾波器供電 （470 Ω/1 μF）。該濾波器在環(huán)路供電應用中的作用非常重要，因為它可防止 AD5700的電流噪聲與4 mA至20 mA環(huán)路輸出進(jìn)行耦合；若非如此，將影響HART通信。在靜默測試期間，特地通過(guò)HART帶內噪聲解決4 mA至20 mA環(huán)路噪聲性能問(wèn)題。 AD5700調制解調器使用外部晶振，通過(guò)將 XTAL1和XTAL2上的8.2 pF電容接地，在可達到的功耗范圍中選擇最低值。

　　ADuCM360具有極為靈活的內部電源管理功能，提供所有內部模塊的許多供電和時(shí)鐘選項，并且當軟件調用時(shí)，允許針對特定的儀器應用，在要求的功能、性能和功耗之間取得最佳平衡。請參考 ADuCM360 產(chǎn)品頁(yè)面和 AN-1111應用指南。

　　模擬前端AVDD通過(guò)另一個(gè)濾波器（10 μF/鐵氧體磁珠/1.6 Ω/ 10 μF）供電，以便最大程度針對低壓傳感器信號減少電源噪聲，獲得更佳性能。

　　ADuCM360 的GND_SW接地開(kāi)關(guān)引腳控制主傳感器的激勵和電源。儀器上電時(shí)，開(kāi)關(guān)默認為關(guān)閉。這一默認設定允許在開(kāi)啟傳感器之前對系統進(jìn)行全面配置，包括適當的電源模式，從而最大程度降低4 mA至20 mA環(huán)路輸出上可能存在的任何上電尖峰。

　　類(lèi)似地，輔助傳感器采用 ADuCM360的可編程電流源供電，因此可通過(guò)軟件完全控制其電源輸入。

　　ADuCM360 軟件

　　可在 CN-0267 設計支持包中找到演示本電路功能和性能的基本代碼示例。

　　代碼示例包括基本HART從機命令響應，用于演示硬件的功能和特性。代碼示例不包括HART通信的協(xié)議層。

　　常見(jiàn)變化

　　ADuCM360具有一個(gè)高性能且非常靈活的模擬前端，提供 12個(gè)模擬輸入引腳以及供基準電壓源和接地開(kāi)關(guān)使用的額外引腳。它允許與多個(gè)各類(lèi)模擬傳感器直接接口，比如任意的阻性橋式傳感器、電阻式溫度傳感器或熱電偶。由于可用于幾乎所有的傳感器現場(chǎng)儀器，這款現場(chǎng)儀器解決方案并不局限于溫度補償型壓力測量。

　　在模擬前端只需一個(gè)Σ-Δ型ADC的應用中，可使用 ADuCM361替換 ADuCM360。除了備用ADC， ADuCM361提供 ADuCM360的所有特性。

　　ADuCM361 片內DAC和外部晶體管可用于控制4 mA至20 mA 環(huán)路，詳情請參見(jiàn)CN-0300。

　　AD5421可通過(guò)保護電路直接與環(huán)路相連。也可在A(yíng)D5421 和環(huán)路電源之間連接一個(gè)耗盡型N溝道MOSFET，如圖2所示。由于在本配置中使用額外MOSFET，因此可將 AD5421 上的電壓降保持在12 V左右，降低 AD5421封裝的功耗，并增加4 mA至20 mA模擬輸出精度。它還可將環(huán)路允許的最大電壓提升至MOSFET的額定電平值。額外的MOSFET對 HART通信無(wú)影響。

　　圖2. MOSEFT連接至AD5421環(huán)路電源

　　本電路中， AD5700與3.8664 MHz晶振共同使用，形成具有最低功耗的配置。作為替代方案， AD5700-1可配合0.5 %精度的集成式內部振蕩器使用。與晶體振蕩器相比，內部振蕩器最多可提升225 μA調制解調器電源電流，但因為無(wú)需使用外部晶體，因此該方案同時(shí)節省了成本，降低了所需的電路板面積。

　　對于非環(huán)路供電的應用，則 AD5410， AD5420， AD5422或AD5755 是針對4 mA至20 mA DAC不錯的選擇。