電路功能與優(yōu)勢

　　圖1所示電路是一款完整的智能工業(yè)環(huán)路供電現(xiàn)場儀器，提供 4 mA至20 mA模擬輸出和可尋址遠程傳感器高速通道（HART?） 接口。HART是一種數(shù)字雙向通信，可在4 mA至20 mA模擬電流信號之上調(diào)制一個1 mA峰峰值頻移鍵控（FSK）信號。它可實現(xiàn)眾多功能，例如遠程校準、故障查詢和過程變量傳輸；這些功能在諸如溫度和壓力控制等應用中是必須的。

　　該電路已通過兼容性測試和驗證，并通過了HART通信基金會（HCF）的注冊。這一成功注冊可讓電路設計人員極其放心地使用電路中的一個或全部元件。

　　該電路使用了超低功耗精密模擬微控制器 ADuCM360、4mA 至20 mA 16位環(huán)路供電數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC） AD5421 ，以及業(yè)界功耗最低、尺寸最小的HART兼容型IC調(diào)制解調(diào)器 AD5700。

　　圖1. 具有HART接口的4 mA至20 mA環(huán)路供電現(xiàn)場儀器（原理示意圖：未顯示所有連接和去耦）

　　Figure 1A. DEMO-AD5700D2Z Printed Circuit Board （Pressure Sensor Not Included）

　　電路描述

　　模擬前端接口

　　ADuCM360模擬前端集成雙通道、高性能、24位Σ-Δ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。同時還集成了可編程增益儀表放大器、精密帶隙基準電壓源、可編程電流源、靈活的多路復用器以及其它許多特性。該器件允許直接與多個模擬傳感器對接，如壓力傳感器電橋、電阻式溫度傳感器、熱電偶以及工業(yè)用途的其它各類傳感器。

　　圖1表示連接主要橋式傳感器與輔助電阻式溫度傳感器的示例電路。而 ADuCM360具有靈活的前端，允許進行除此之外的其它各種配置，滿足各種類型的精密模擬傳感器應用要求。

　　主傳感器輸入

　　的片內(nèi)ADC0測量現(xiàn)場儀器的主傳感器，在圖1中表示為橋式傳感器。該傳感器通過一個RC濾波器網(wǎng)絡連接至模擬輸入引腳AIN0和AIN1，以便增強系統(tǒng)抵抗電磁干擾的能力。共模濾波器帶寬約為16 kHz，差模帶寬為800 Hz。

　　ADuCM360的VREF+和VREF?基準電壓輸入檢測電橋的激勵電壓并啟動電路的比率工作模式，使測量獨立于傳感器電源電壓的確切值。若應用需要，則片內(nèi)接地開關可動態(tài)斷開電橋的激勵電壓，降低功耗。

　　輔助傳感器輸入

　　本電路使用100Ω鉑（Pt）電阻溫度檢測器（RTD）作為輔助傳感器。RTD能夠檢測主傳感器的溫度，因此，如果必要，可對主傳感器進行溫度補償。

　　ADuCM360可編程電流源通過AIN4引腳為RTD提供電流。 ADuCM360上的ADC1利用配置為差分輸入的AIN3和AIN2 引腳，測量RTD的電壓。利用精密電阻（RREF），對流過 RTD的確切電流值進行檢測，并使用ADC1的AIN7引腳測得。ADC1使用片內(nèi)帶隙基準電壓源。

　　數(shù)字數(shù)據(jù)處理、算法和通信

　　所有現(xiàn)場儀器的數(shù)字功能均由 ADuCM36032位ARM Cortex? M3 RISC處理器提供，該處理器集成128 k字節(jié)非易失性fiash/EE 存儲器、8 k字節(jié)SRAM，以及一個支持有線（2× SPI、UART、 I2C）通信外設的11通道直接存儲器訪問（DMA）控制器。

　　演示軟件可進行初始化和配置、處理來自模擬輸入的數(shù)據(jù)、控制模擬輸出，并進行HART通信。

　　模擬輸出

　　AD5421集成16位低功耗精密DAC，該DAC帶4 mA至20 mA 環(huán)路供電輸出驅(qū)動器，可提供現(xiàn)場儀器模擬輸出所需的全部功能。

　　AD5421通過SPI接口與 ADuCM360控制器對接。

　　AD5421還集成了一系列與4 mA至20 mA環(huán)路相關的診斷功能。輔助ADC可通過連接至VLOOP引腳上的20 MΩ/1 MΩ電阻分壓器測量儀器環(huán)路端的電壓。該ADC還可通過內(nèi)部傳感器測量芯片溫度。 ADuCM360 控制器可配置并讀取 AD5421， 的全部診斷數(shù)據(jù)，但 AD5421也可采用自主工作方式。