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有HART接口的完整4mA至20mA环路供电现场仪器

时间:06-05 来源:互联网 点击:

降低了所需的电路板面积。

  对于非环路供电的应用,则AD5410、AD5420、AD5422或AD5755是针对4 mA至20 mA DAC不错的选择。

  电路评估与测试

  电路硬件

  图1中的电路基于图3中的DEMO-AD5700D2Z印刷电路板构建。

  DEMO-AD5700D2Z电路板具有一些额外的特性,方便进行系统评估。连接器具有0.1英寸的引脚间距,允许使用可选的主级和次级传感器连接。HART兼容性测试可能需要用到HART RTS和DC信号的测试点。

  DEMO-AD5700D2Z边沿上的连接器使ADuCM360信号线和UART下载/调试信号可被访问,让软件开发、代码下载和在线调试与仿真更为便捷。连接器带有小型的连接头扩展器(随DEMO-AD5700D2Z板一同提供),兼容ADI的所有基于Cortex-M3的开发工具,例如EVAL-ADuCM360QSPZ评估套件(该评估套件不随DEMO-AD5700D2Z板提供)。

  图1的简化框图中未显示这些特性;然而,可在CN-0267设计支持包中的完整电路图上看到它们。设计支持包还包括完整的现场仪器C语言代码示例,可用来对全部硬件模块和电路特性进行完整的验证与评估,并对HARt接口的功能性提供一定程度的验证。有关HART接口规格和资源的详细信息,请联系HART通信基金会。

  HART兼容性 DEMO-AD5700D2Z已通过HART FSK物理层规范(HCF_SPEC-054,修订版8.1)的兼容性验证,该验证采用HART物理层测试规范(HCF_TEST-2,修订版2.2)中的方法和设备。本电路板已提交HART通信基金会,并成功注册。

  可在HART通信基金会(HFC)网站上找到该注册电路,产品目录为:DEMO-AD5700D2Z.

  涉及的两项测试为:静默期间的输出噪声和模拟变化率。

  静默期间的输出噪声测试

  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

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