具有HART接口的完整4 mA至20 mA环路供电现场仪器

当HART设备没有进行传输(静默)时，噪声不应耦合至网络上。噪声过高可能会干扰设备本身或网络上的其它设备对HART信号的接收。

对于在环路中的500 Ω负载上测得的电压噪声，其包含的宽带噪声和HART扩展频带中的相关噪声总和不能超过2.2 mV rms。此外，HART扩展频带外的噪声不应超过138 mV rms。

500 Ω负载上的噪声采用真均方根测量仪测得。此噪声作为带外噪声直接进行测量，作为带内噪声通过HCF_TOOL-31滤波器测量。也可使用示波器来检查噪声波形。

在最差情况下进行噪声测量，即4 mA输出电流。图4显示捕获的噪声波形，结果总结在表1中。

表1. 静默时的输出噪声

模拟变化率测试 这一技术规范可确保当设备调节模拟输出电流时，模拟电流的最大变化率不会干扰HART通信。电流的阶跃变化会扰乱HART信号传输。

最差情况下的模拟输出电流变化一定不能产生高于15 mV峰值电压的干扰，此数值在HART扩展频带下，通过对500 Ω负载进行测量得到。

AD5421 DAC和输出驱动器相对较快。因此，为了满足所需的系统规格，可将AD5421的硬件压摆率限值与ADuCM360软件中的数字滤波器相结合，控制输出电流的变化。

通过与AD5421的CIN引脚相连的电容，设置硬件压摆率限值。当模拟输出电流值需要改变较大的步进时，ADuCM360软件将发送到AD5421 DAC的输出电流变化分割成数个较小的步进。

使用一个示波器执行该测试，并通过HCF_TOOL-31滤波器耦合至500 Ω负载。

结果如图5所示。波形CH1显示4 mA和20 mA之间的周期性步进，直接在500 Ω负载上测得。波形CH2是HCF_TOOL-31滤波器输出端捕获的信号，将其放大10倍，并处于150 mV峰值限制之内。

电路功耗 使用两种方法来评估电路的功耗性能。

在第一种方法中，测量来自AD5421集成式电压调节器的输出电流。

考虑到最小模拟输出电流为4 mA，并且HART输出直流调制峰值为0.5 mA，则电路在正常工作模式下消耗的最大电流必须低于3.5 mA。AD5421自身工作需消耗0.3 mA的最大电流，因此留给AD5421 REGOUT输出的最大电流约为3.2 mA。

为了便于进行在线测量，DEMO-AD5700D2Z在10 Ω电阻两侧的REGOUT输出滤波器中均有测试点(T5，T6)，如图6所示。此设置允许对电阻上的压降进行测量，并对电流进行计算，而无需打断电源电流或干扰电路。

结果显示在表2中，测量条件如下：

. REGOUT = 3.3 V

. ADuCM360 M3内核时钟 = 2 MHz

. 两个ADC每秒均转换50个样本

. ADC0的两个缓冲器均开启，增益 = 8

. ADC1的两个缓冲器均开启，增益 = 16

. RTD激励电流 = 200 μA

. SPI与AD5421通信的串行时钟 = 100 kHz

. HART通信

电路及所有相关模拟和数字模块(包括输入传感器)的功耗在环路电流最小值为4 mA时，许可的预算之内。

表2. AD5421的电源电流(REGOUT = 3.3V)

在评估电路功耗的第二种方法中，电路经验证正常工作，执行HART通信任务时的模拟输出电流设置为4 mA最小值。结果显示电路提供4 mA电流，且HART输出信号不失真。

主传感器输入性能

ADuCM360片内集成大部分模拟前端，因此模拟输入的性能主要由ADuCM360的规格决定。

噪声电平是受模拟前端与板上其余电路部分交互干扰的主要因素。因此，测试主要针对噪声以及相关的系统分辨率性能。

该演示配置为从主模拟输入通过HART通信发送数据，数值以压力表示，单位为kPa。捕获100个样本，完成基本数据分析以便量化性能。两项测试包括：

. 第一项测试将标准压力传感器(Honeywell 24PCDFA6D)直接焊接至电路板上。

. 第二项测试采用由一组固定和可变电阻生成的主输入信号执行，如图7所示。

性能总结见表3，图8和图9显示信号曲线图。

表3. 主传感器输入噪声和分辨率

辅助传感器输入性能 与主传感器类似，辅助传感器输入的性能主要由ADuCM360的模拟前端决定(噪声性能除外)。

模拟输入配置为通过HART通信路径向主机发送温度数据(以°C表示)。对100个样本执行两项测试，以便进行性能的量化分析。

第一项测试采用板载100 Ω铂电阻传感器进行，第二项测试则采用标准(固定)100 Ω ± 1%电阻代替板载传感器进行。

性能总结见表4，图10和图11显示信号曲线图。

表4. 辅助传感器输入噪声性能

输出保护

瞬变电压抑制器(TVS)保护4 mA至20 mA HART接口免受过压影响。其额定电压不应超过AD5421在REGIN引脚上的60 V绝对最大电压。请注意，TVS泄漏电流可能会影响电流输出精度;因此，选用此器件时，需关注一定环路电压和温度范围下的泄漏电流。

可使用外部耗尽型FET与AD5421搭配工作，提高环路电压最大值。

本电路具有保护功能，通过与环路输出相串联的一对二