电路笔记CN-0270

1、电路功能与优势图1所示电路使用AD5700(业界功耗最低、尺寸最小的HART1兼容型IC调制解调器)以及AD5420(一款16位电流输出DAC)，形成完整的HART兼容型4 mA至20 mA解决方案，这在环路供电变送器的应用中非常常见。为了进一步节省空间，AD5700-1提供了精度为0.5%的内部振荡器。连接/参考器件电路笔记CN-0270Circuits from the Lab reference designs are engineered and tested for quick and easy system integration to help solve todays analog, mixed-signal, and RF design challenges. For more information and/or support, visit AD5700, AD5700-1 低功耗HART调制解调器AD5420 16位4 mA至20 mA DAC完整的4 mA至20 mA HART解决方案IOUTLATCHAD5420AD5700SCLKSDINSDOGNDCL

2、EARFAULTREFOUTREFIN4mA TO 20mA CURRENT LOOP0.1F0.1F10FDIGITAL INTERFACEUART INTERFACE10.8V TO 36V2.7V TO 5.5VHART_OUTDGNDTXDRXDRTSCDVCCADC_IPREF150pF0.1F1F1810k1.2M1.2M300pF150kC1 4.7nF*C2*NCRSETDVCCAVDDCAP2CAP1RL15kRH 27kCH 8.2nFCL 4.7nFAGND0.1F10F10564-001图1. AD5420 HART电路简化原理图1HART是HART通信基金会的注册商标。Rev. B Circuits from the Lab reference designs from Analog Devices have been designed and built by Analog Devices engineers. Standard engineering practices have been employed in the design and constr

3、uction of each circuit, and their function and performance have been tested and verifed in a lab environment at room temperature. However, you are solely responsible for testing the circuit and determining its suitability and applicability for your use and application. Accordingly, in no event shall Analog Devices be liable for direct, indirect, special, incidental, consequential or punitive damages due to any cause whatsoever connected to the use of any Circuits from the Lab circuits. (Continue

4、d on last page) One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 Fax: 781.461.3113 20122014 Analog Devices, Inc. All rights reserved. 评估和设计支持 电路评估板 CN-0270评估板(EVAL-CN0270-EB1Z)包括USB-SWD/UART-EMUZ设计和集成文件原理图、布局文件、物料清单该电路符合由HART通信基金会定义的HART物理层规范，例如模拟变化率和静默期间噪声规格。多年来，过程控制仪器仪表中一直使用4 mA至20 mA通信。此通信方式稳定可靠，对长距离通信中的环境干扰具有高抗扰度。不过，其限制是每次只能进行一个过程变量的单向通信。可寻址远程传感器高速通道(HART)标准的开发实现了高性能的双向数字通信，同时支持传统仪器仪表设备所使用的4 mA至20 mA模拟信号。它衍生出各种特性，例如远程校准、故障查询和额外过程变量的传输。简言之，HART是一种数字双向通信系统，其

5、在4 mA至20 mA模拟电流信号之上调制一个1 mA p-p频移键控(FSK)信号。电路描述图1显示AD5420如何与AD5700 HART调制解调器和UART接口配合使用，以构建一个支持HART的4 mA至20 mA电流输出。这种电路在线路供电型现场变送器中非常流行，在此类电路中，多种输入信号(RTD、TC和欧姆)被转换成可调模拟4 mA至20 mA输出信号。从AD5700输出的HART_OUT信号经过衰减后，交流耦合至 AD5420的RSET引脚。如果未使用RSET外部电阻，连接AD5420和AD5700的替代方法请参见应用笔记AN-1065，其中，AD5700 HART调制解调器输出通过CAP2引脚耦合到AD5420。本电路笔记中所述的方法是需要使用外部RSET电阻，其电源抑制性能要高于应用笔记的替代解决方法。无论使用哪一种解决方案，AD5700 HART调制解调器输出均可在不影响电流直流成分的前提下调制4 mA至20 mA模拟电流(如图2所示)。二极管保护电路(D1至D4)将在“瞬态电压保护”部分详细论述。CN-0270STOPSTART8-BIT DATA + PARITY

6、TXDHART_OUT“1“ = MARK 1.2kHz“0“ = SPACE 2.2kHz10564-002图2. AD5700/AD5700-1样片调制器波形CAP1C1C2CAP2BOOSTAVDDIOUTRLVHARTRHRSETCHCL4012.5k4kDAC10564-003图3. AD5420/AD5410和AD5700 HART调制解调器连接50556065707580859095100105110 1101001k10k100kI (IOUT) /HART (V) (dB)FREQUENCY (Hz)10564-004图4. 仿真频率响应表1. 个别元件值增加对频率响应的影响元件C1CHCLRH fL (Hz) fH (kHz) 无变化 无变化 无变化 G (dB) Rev. B | Page 2 of 7 确定外部元件值C1和C2可配合器件的数字压摆率控制功能使用，以控制AD5420对应IOUT信号的压摆率。确定电容的绝对值时，要确保调制解调器的FSK输出无失真通过。因此，调制解调器输出信号的带宽必须通过1200 Hz和2200 Hz频率。图3显示了实现此要求的电路

7、。在此情况下C2保持开路。低通和高通滤波器电路通过RH、CL、CH和C1的相互作用并配合AD5420的一些内部电路来形成。在计算这些元件的值时，低通和高通频率截止点目标分别为10 kHz和500 Hz。图4显示了仿真频率响应的曲线图，表1显示了增加各元件而剩余元件值保持恒定对频率响应的影响。调制解调器的输出是一个FSK信号，包括1200 Hz和2200 Hz移频。这个信号需要转换为一个1 mA峰峰值电流信号。为此，RSET引脚上的信号幅度必须衰减。这是因为AD5420有内部电流增益配置设计。假定调制解调器的输出幅度为500 mV峰峰值，则其输出必须经过500/150 = 3.33倍衰减。此衰减通过RH和CL来实现。本电路笔记中的测量使用以下元件值完成： C1 = 4.7 nF RH = 27 k CL = 4.7 nF CH = 8.2 nF图5表明在500 负载电阻上分别测得了1200 Hz和2200 Hz移频。通道1显示耦合至AD5420输出的调制HART信号(设为输出4 mA)，而通道2显示AD5700 TXD信号。HART兼容性图1中的电路要与HART兼容，必须符合HART物理

8、层规范。HART规范文档中包含了众多物理层规范。其中最重要的两个是静默期间输出噪声和模拟变化率。静默期间输出噪声当HART设备没有进行传输(静默)时，不应在HART扩展频带中将噪声耦合到网络上。噪声过高可能会干扰设备本身或网络上其它设备对HART信号的接收。对于在500 负载上测得的电压噪声，其包含的扩展频带中的宽带噪声和相关噪声总和不能超过2.2 mV rms。此噪声通过在500 负载上连接HCF_TOOL-31滤波器(可从HART通信基金会获得)并将滤波器输出连接到真均方根测量仪(参见图6)来测量。也可使用示波器来检查输出波形峰峰值电压。AD5420输出电流设为4 mA、12 mA和20 mA。测得噪声没有明显差异。使用和不使用HCF_TOOL-31带通滤波器时，测得的均方根值分别为115 V rms和252 V rms。这两个值均在要求的2.2 mV rms(使用HART滤波器)和138 mV rms(不使用HART滤波器的宽带噪声)规范内。CN-027010564-006CH1 200mVCH2 2.00VM500sCH1 p-p 512mVCH1 NONECH1 NONECH

9、1 NONECH1 NONEMEASURECH2 1.28V2图5. 在500 负载上测得的FSK波形Rev. B | Page 3 of 7 CN-0270AVDDDVCC4mA TO 20mA CURRENT LOOP0.1F2.7V TO 5.5V10k CAP1C112VRL150pF0.1F1.2M1.2M300pF150k3.6864MHz36pF36pF500DIGITAL TEST FILTER HCF_TOOL-31OSCILLOSCOPE OR TRUE RMS METER4.7nF8.2nF15k0.1F10F0.1F10FIOUTLATCH AD5420SCLKSDINSDOGNDCLEARFAULTREFOUTREFINRSETAD5700HART_OUTDGNDTXDRXDRTSCDXTAL1XTAL2VCCADC_IPREF1F27kAGND10564-007CAP2图6. HART规范测试电路Rev. B | Page 4 of 7 CN-0270CH1 20.0mVCH2 20.0mVM 50.0msAC LINE 0.00V2110564-008CH1 p-p 3.20mVCH1 NONECH2 p-p 7.20mVCH2 MAX 2.40mVCH2 MIN 5.60mVMEASURE图7. 输出电流为4 mA时HART滤波器输入(通道1) 和输出(通道2)端的噪声10564-009CH1 20.0mV CH2 20.0mVM50.0ms AC LINE 0.00V21CH1 p-p 2.40mVCH1 NONECH2 p-p 8.80mVCH2 MAX 3.20mVCH2 MIN 5.60mVMEASURE图8. 输出电流为12 mA时HART滤波器输入(通道1) 和输出(通道2)端的噪声10564-010CH1 5.00VCH2 50.0mVM50.0msCH1 6.00V21CH1 p-p 7.40VCH1

《电路笔记CN-0270》由会员ldj****22分享，可在线阅读，更多相关《电路笔记CN-0270》请在金锄头文库上搜索。