完整的4mA至20mA HART解决方案

模拟变化率

这一技术规范可确保当设备调节电流时，模拟电流的最大变化率不会干扰HART通信。电流的阶跃变化是会扰乱HART信号。使用如图6所示的相同测试电路。为进行这个测试，AD5420编程输出一个4 mA至20 mA切换的周期波形，该波形在两个值上都没有延迟，以获得最大变化率。为了符合HART规范，滤波器输出端的波形的峰值电压不能大于150 mV。符合这一要求可确保模拟信号的最大带宽处于规定的直流至25 Hz频带中。

AD5420输出从4 mA变为20 mA的通常时间约为10 μs。这个速度显然太快，而且会对HART网络造成重大破坏。为了降低变化率，AD5420提供了两种特性：一是在CAP1和CAP2引脚处连接电容，二是提供数字压摆率控制功能(详情请参考AD5420数据手册 )。

要使带宽降低到25 Hz以下，需要在CAP1和CAP2引脚处连接非常大的电容值。最佳解决方案是结合外部电容和AD5420的数字压摆率控制功能。两个电容C1和C2的作用是降低模拟信号的变化率;不过还不足以满足规范。使能压摆率控制功能可以为变化率的设置提供灵活性。

图9. AD5420输出(通道1)和HART滤波器输出(通道2)，SR CLOCK = 3，SR STEP = 2，C1 = 4.7 NF，C2 = NC

图9显示AD5420的输出和HART滤波器的输出。滤波器输出端的峰值电压为80 mV，处于规定范围以内。压摆率设置为SR CLOCK = 3和SR STEP = 2，从4 mA至20 mA的转换时间设为约120 ms，C1 = 4.7 nF，C2未连接。如果这个变化率太慢，可以减少压摆时间。但这会使滤波器输出端的峰值电压增加。从CAP1连接至AVDD 的电容可用于抵消此增加。

图10显示了压摆率控制设置改为SR CLOCK = 5和SR STEP = 2，同时C1电容值保持4.7 nF不变的结果。这样就会产生约240 ms的转换时间。滤波器输出端的峰值幅度可通过增加C1值、或配置更慢的压摆率或通过两者的组合来进一步降低。

图10. AD5420输出(通道1)和HART滤波器输出(通道2)，SR CLOCK = 5，SR STEP = 2，C1 = 4.7 NF，C2 = NC

瞬变电压保护

AD5420内置ESD保护二极管，可防止器件在一般工作条件下受损。但是，工业控制环境会使I/O电路遭受高得多的瞬变。为了防止过高瞬态电压影响AD5420，可能需要外部功率二极管和浪涌电流限制电阻，如图1所示。对电阻值的约束条件(图1中显示为18 Ω)是，在正常工作期间，IOUT 的输出电平必须保持在其电压限值(AVDD )以内，并且这两个保护二极管和电阻必须具有适当的额定功率。在18 Ω下，对于4 mA至20 mA输出，引脚上的电压限值会降低V = IMAX × R = 0.36 V。还可以通过瞬态电压抑制器(TVS)或瞬态吸收器可实现进一步的保护。这些元件包括单向和双向抑制器，可提供各种各样的隔离和击穿电压额定值。TVS应尽量采用最低击穿电压定标，同时在电流正常输出的范围内不导通。建议保护所有远程连接节点。

在许多过程控制应用中，需要在控制器与受控单元之间提供一个隔离栅，以保护和隔离控制电路遭受可能发生的任何危险的共模电压。ADI公司的i Coupler 系列产品可提供超过2.5 kV的电压隔离。为了减少所需隔离器的数量，CLEAR等非关键信号可以连到GND;FAULT 和SDO可以不连接，从而只需要隔离三个信号。不过请注意，FAULT 或SDO引脚是访问AD5420的故障检测功能所必需的。

常见变化

图1所示电路的一个常见变化是使用AD5422(LFCSP版本)，它类似于AD5420，但具有电压输出通道和电流输出通道。电路笔记CN-0065 提供有关IEC 61000兼容解决方案的额外信息，该解决方案适合使用AD5422和ADuM1401 数字隔离器的全隔离式输出模块。电路笔记 CN-0233 包含有关提供电源和数据隔离的信息，使用 ADuM3471 PWM控制器和具有四通道隔离器的变压器驱动器。

如果需要多个通道，可使用AD5755-1 四通道电压和电流输出DAC。该产品具有创新型片内动态电源控制功能，在电流模式下，可以最大限度地降低封装功耗。各通道均有一个相应的CHART引脚，因此HART信号可以耦合到AD5755-1的电流输出端。

如果需要环路供电的4 mA至20 mA HART解决方案，可以组合AD5421 和AD5700 HART调制解调器。

电路评估与测试

要构建此电路，需要使用AD5420评估板(EVAL-AD5420EBZ) 和AD5700-1评估板 (EVAL-AD5700-1EBZ)，参见图11。除外两个评估板，该电路还需要三个外部电容(C1、 CH和CL)、一个负载电阻(RL)和一个UART接口。

设备要求

AD5420评估板(EVAL-AD5420EBZ)

AD5700评估板(EVAL-AD5700-1EBZ)

运行Windows XP的PC，带USB端口

主机控制器和UART接口(标准微控制器，例如ADuC7060)

电源电压：10.8 V至60 V

数字测试滤波器(HCF_TOOL-31，可从HART通信基金会获得)

500 &Om