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完整的4 mA至20 mA HART解决方案
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2020-06-09
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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。
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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
HART
1
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-0270
Circuits from the Lab® reference designs are engineered and
tested for quick and easy system integration to help solve today’s
analog, mixed-signal, and RF design challenges. For more
information and/or support, visit www.analog.com/CN0270.
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
I
OUT
LATCH
AD5420
AD5700
SCLK
SDIN
SDO
GND
CLEAR
FAULT
REFOUT
REFIN
4mA TO 20mA
CURRENT LOOP
0.1µF
0.1µF
10µF
DIGITAL
INTERFACE
UART
INTERFACE
10.8V TO 36V2.7V TO 5.5V
HART_OUT
DGND
TXD
RXD
RTS
CD
V
CC
ADC_IP
REF
150pF
0.1µF
1µF
18Ω
10kΩ
1.2MΩ
1.2MΩ
300pF
150kΩ
C1
4.7nF
*C2
*NC
R
SET
DV
CC
AV
DD
CAP2 CAP1
R
L
15kΩ
R
H
27kΩ
C
H
8.2nF
C
L
4.7nF
AGND
0.1µF
10µF
10564-001
图1. AD5420 HART电路简化原理图
1
HART®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
construction of each circuit, and their function and performance have been tested and veried in a lab
environment at room temperature. However, you are solely responsible for testing the circuit and
determining its suita
bility 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. (Continued on last page)
One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A.
Tel: 781.329.4700
www.analog.com
Fax: 781.461.3113 ©2012–2014 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R
SET
引脚。如果未
使用R
SET
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R
SET
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-0270
STOP
START
8-BIT DATA + PARITY
TXD
HART_OUT
"1" = MARK
1.2kHz
"0" = SPACE
2.2kHz
10564-002
图2. AD5700/AD5700-1样片调制器波形
CAP1
C1
C2
CAP2
BOOST
AV
DD
I
OUT
R
L
V
HART
R
H
R
SET
C
H
C
L
40Ω
12.5kΩ
4kΩ
DAC
10564-003
图3. AD5420/AD5410和AD5700 HART调制解调器连接
–50
–55
–60
–65
–70
–75
–80
–85
–90
–95
–100
–105
–110
1
10 100 1k 10k 100k
I (I
OUT
) /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 C1 C
H
C
L
R
H
f
L
(Hz)
↓ ↓ ↓ ↓
f
H
(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I
OUT
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。在此情况下C2保持开路。
低通和高通滤波器电路通过R
H
、C
L
、C
H
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。
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