工業(yè)現(xiàn)場環(huán)路供電儀器儀表的四大關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

三、4mA-20mA接口輸出DAC：低功耗、小尺寸、高安全性

對于圖2信號鏈的環(huán)路供電4mA-20mA輸出環(huán)節(jié)，ADI公司推薦非常適合的高性能、低功耗集成式低成本DAC解決方案——AD5421。相對競爭性方案，其功耗可節(jié)省50%，占板空間可節(jié)省高達(dá)55%。AD5421保證16-bit單調(diào)性，典型條件下，積分非線性為0.0015%，失調(diào)誤差為0.0012%，增益誤差為0.0006%。它采用28引腳TSSOP封裝，額定溫度范圍為-40℃至+105℃工業(yè)溫度范圍。

AD5421內(nèi)置一路穩(wěn)壓輸出，用于為自身及變送器中的其它器件供電。此調(diào)節(jié)器提供1.8V至12V的調(diào)節(jié)輸出電壓，可支持低電壓輔助系統(tǒng)元件。該器件還內(nèi)置1.22V和2.5V基準(zhǔn)電壓源，因而不需要分立調(diào)節(jié)器和基準(zhǔn)電壓源。

AD5421可以結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)HART FSK協(xié)議通信電路使用，而且額定性能不會受到影響。高速串行接口能夠以30MHz速率工作，并且允許通過一個(gè)SPI兼容型三線式接口與常用的微處理器和微控制器簡單相連。

在圖2所示信號鏈中，AD5421可發(fā)揮增強(qiáng)的故障檢測功能：它對SPI的接口有一個(gè)看門狗定時(shí)器，SPI接口可有分組錯(cuò)誤的校驗(yàn)，還有環(huán)路電流、電壓的監(jiān)測，并可對片上本身溫度進(jìn)行監(jiān)測，還有就是可以進(jìn)行電源電壓的監(jiān)控，確保了系統(tǒng)的安全和可靠性。

四、通過HART通信實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的測量和診斷功能

對于當(dāng)今的現(xiàn)場儀器儀表，還有一個(gè)很重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就是HART(可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道)通信。隨著全球工業(yè)過程控制系統(tǒng)朝著需要更多診斷功能、需要進(jìn)行資產(chǎn)管理、需要更多通信的趨勢發(fā)展，HART逐步成為是一個(gè)通行的準(zhǔn)數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)，在傳統(tǒng)單向的、單通道、診斷功能有限（正常/故障）的4mA-20mA工業(yè)總線上增加一個(gè)HART選項(xiàng)，通過調(diào)頻的方式，疊加數(shù)字的信號，來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的測量能力和雙向診斷功能（圖5）。

圖5：HART通信在過程控制領(lǐng)域方興未艾。

傳統(tǒng)上做變送器/現(xiàn)場儀器儀表的系統(tǒng)廠商已經(jīng)普遍在一些高端模塊上整合了HART，近年來的趨勢是做控制器、PLC以及DCS的廠商也開始在自己的IO模塊、控制器模塊上去加HART，以便提供更好的系統(tǒng)診斷和通訊的功能。

ADI公司的AD5700是一款能很好滿足HART標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格要求的集成式低功耗HART FSK半雙工調(diào)制解調(diào)器。AD5700是一種單芯片解決方案，集成所有必要的濾波、信號檢測、調(diào)制、解調(diào)和信號生成功能，還集成了全溫度范圍內(nèi)都能保證精度為0.5%的精密振蕩器，并包含精密載波檢測電路并采用標(biāo)準(zhǔn)UART接口，和業(yè)界同類產(chǎn)品相比，可減少60%的外部元件。該器件在做解調(diào)模式時(shí)最低只有178μA，還帶基準(zhǔn)源，功耗相比同類產(chǎn)品降低了38%，因此是低功耗環(huán)路供電型應(yīng)用的最佳選擇。

AD5700采用小型4mm x 4mm外殼設(shè)計(jì)，尺寸減小了75%；該器件的工作電源電壓最低可以在1.71V，其他很多產(chǎn)品到3.3或者3.35V以下就無法工作了；發(fā)射波形為相位連續(xù)1200Hz和2200Hz正弦波。

圖6：DEMO-AD5700-D2Z—適合工業(yè)HART通信的ADI完整解決方案。

如圖6，ADI新推出了基于AD5700的具有HART接口的完整4mA至20mA環(huán)路供電現(xiàn)場儀器評估板。該方案已通過了HART基金會的測試認(rèn)證。因?yàn)镠ART基金會規(guī)定不提供商業(yè)用途HART的堆棧，所以ADI也不提供HART堆棧，只計(jì)劃要公布簡化實(shí)例代碼，包括單片機(jī)ADuCM360（配置，PGA，2× ADC，Vref…）、AD5421(SPI)、AD5700(UART)外設(shè)的驅(qū)動，還提供一條HART的命令，但不是HART堆棧(可以去找第三方提供)。