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工业控制

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智能变送器

方案介绍

在研制某智能现场仪表的过程中,使用单片HART调制解调器SD2057和数模转换器SD2421设计实现了其中的HART协议远程通信模块,具有高精度、低功耗、低成本、工作可靠性高的优点。

此方案主要针对某带HART通讯现场仪表远程通信模块的设计与实现要求,基于SD2057提供的HART调制解调解决方案和SD2421提供的4~20mA电流环解决方案,完成带HART协议智能变送器的软硬件设计。

方案特点

如电路框图所示,电路中的VCC由SD2421控制调整管U2产生,可用于系统中其他电路供电。调整管U2必须采用耗尽型的MOS管,可使用DN25D或BSP129。加上3.9V的稳压管D1可以防止某些情况下的上电冲击,防止电路出现故障时产生高压。二极管D2可防止外部输入的环路电源极性接反。电路中的2.5V和1.25V基准电压也由SD2421产生,可作为系统中传感器或A/D转换芯片的参考电压。SD2421管脚C1、C2、C3连接的电容建议采用NPO(或CG0)材质的陶瓷电容。C10(2.2uF),C12(4.7uF),C15(4.7uF)建议采用钽电容。

SD2057内部集成了符合bell202标准的调制器、解调器、接收滤波器、发送信号整形电路、载波检测等电路,由于SD2057的这些特点,设计时如图3。SD2057有内部基准电压源,也可使用SD2421输出的2.5V电压源作为基准,配合一些外部无源元件,就能完成满足HART协议物理层要求的电路设计。

SD2421是SDIC公司推出的单片高性能数模转换器,只需外接一个FET调整管和少量的无源器件,控制器通过三线接口CLOCK、DATA和LATCH写入相应16位数字码,即可输出对应的16位分辨率4~20mA模拟电流。

HART信号通过C19与SD2421的C3引脚连接的电容分压,在C3引脚形成一个输入电压。经过芯片内部产生一个基准电流,放大2001倍后叠加到环路上,即可在环路上产生1mA峰峰值的电流信号。从而将HART信号以1mA峰峰值零平均值形式叠加到环路上,通过环路传输,使得整个系统实现数字和模拟同时传输。如需调整耦合到环路的HART信号的幅度,可通过调整C19电容实现。


应用框图

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