ADI實(shí)驗室電路:完整的HART兼容型4mA至20mA解決方案（一）

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調制解調器AD5700和16位電流輸出和電壓輸出DACAD5422，構成完整的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）模塊應用中所需的螺絲連接數量。為了進(jìn)一步節省空間，AD5700-1 提供了精度為0.5%的內部振蕩器。

圖1. AD5422 HART使能電路原理示意圖

應用筆記 AN-1065 描述了為符合HART通信標準而對AD5420 IOUT DAC進(jìn)行配置的方式。AN-1065概述了AD5700HART調制解調器輸出如何進(jìn)行衰減并通過(guò)CAP2引腳交流耦合至AD5420。AD5422也是如此。然而，如果應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(xiàn)路供電的發(fā)射器應用中。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（DCS）應用。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物理層規范，例如靜默期間輸出噪聲和模擬變化率規格。

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

可尋址遠程傳感器高速通道（HART）標準的開(kāi)發(fā)實(shí)現了高性能的雙向數字通信，同時(shí)支持傳統儀器儀表設備所使用的4 mA至20 mA模擬信號。它衍生出各種特性，例如遠程校準、故障查詢(xún)和額外過(guò)程變量的傳輸。簡(jiǎn)言之，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。

電路描述

圖1顯示AD5422如何與AD5700 HART調制解調器和UART接口配合使用，以使PLC和DCS系統常用的4 mA至20 mA電流輸出支持HART。如果應用無(wú)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(lái)自AD5700的HART_OUT信號經(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(guò)CAP2引腳連接AD5422和AD5700的替代方法請參見(jiàn)應用筆記AN-1065，如前文所述。此方法只適用于A(yíng)D5422的40引腳LFCSP封裝選項，因為引腳數量較少的24引腳TSSOP封裝沒(méi)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用筆記解決方案。無(wú)論使用哪一種解決方案，AD5700 HART調制解調器輸出均可在不影響電流直流電平的前提下調制4 mA至20 mA模擬電流（如圖2所示）。二極管保護電路（D1至D4）將在“瞬態(tài)電壓保護”部分詳細論述。

圖2. AD5700/AD5700-1樣片調制器波形

確定外部元件值

C1和C2電容可配合器件的數字壓擺率控制功能使用，以控制AD5422的IOUT信號壓擺率。確定電容的絕對值時(shí)，要確保調制解調器的FSK輸出無(wú)失真通過(guò)。因此，調制解調器輸出信號的帶寬必須通過(guò)1200 Hz和2200 Hz頻率。圖3顯示了實(shí)現此要求的電路。在此情況下，C2（如圖1所示）保持開(kāi)路。