使用HART兼容性簡(jiǎn)化模擬電流環(huán)路設(shè)計(jì)
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圖1：集成無(wú)源濾波器且支持HART的輸入。
圖中，R1和RSENSE組成一個(gè)250Ω系統(tǒng)端接阻抗。HART FSK信號(hào)從該處到HART調(diào)制解調(diào)器為交流耦合。通過(guò)精密100Ω的RSENSE電阻，將4mA至20mA模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為0.4V至2V信號(hào)。然后，模擬低通濾波器衰減模擬信號(hào)中的HART FSK成分，接著將其輸入ADC。二階低通模擬濾波器帶寬為25Hz，滾降為-40dB/十倍頻程。該電路符合HART規(guī)范，可將HART FSK信號(hào)衰減至4mA至20mA滿量程以下超過(guò)-60dB電平，確保HART FSK通信輸入擾動(dòng)不超過(guò)0.1%。
另一方面，該模擬低通濾波器在系統(tǒng)輸入端的滿量程跳變之后，建立至0.1%以內(nèi)需大約70ms。這種較長(zhǎng)的建立時(shí)間和低帶寬性能不適合要求高速工作且不需要HART通信的系統(tǒng)。確實(shí)可以旁路模擬濾波器，但需要額外的模擬電路，比如開關(guān)或多路復(fù)用器。圖2顯示了支持HART的模擬輸入的替代方案。
圖2：支持HART的靈活帶寬輸入。
與上一個(gè)電路類似，HART FSK信號(hào)交流耦合至250Ω輸入阻抗，而4mA至20mA信號(hào)通過(guò)100Ω的精密RSENSE電阻轉(zhuǎn)換為0.4V至2V信號(hào)。然而本電路中，一個(gè)輕度的低通濾波器將信號(hào)帶寬限制為27kHz左右，以便為系統(tǒng)提供免疫性和電磁兼容性(EMC)。系統(tǒng)輸入端滿量程跳變后，濾波器在40μs時(shí)間內(nèi)建立至0.1%。
信號(hào)會(huì)被傳遞到帶有內(nèi)置數(shù)字濾波器的Σ-Δ型ADC，比如ADI公司的AD7173。數(shù)字濾波器可編程設(shè)置為較慢的工作速度模式和最優(yōu)HART FSK信號(hào)抑制模式，或者在要求快速模擬輸入時(shí)設(shè)置為快速工作模式。
AD7173支持多種工作模式。其中一種模式適合用來(lái)抑制HART FSK信號(hào)，將SINC3濾波器的陷波頻率設(shè)為400Hz，或者可在較低HART FSK頻率(1.2kHz)時(shí)提供深濾波器陷波并可在較高頻率(2.2kHz)時(shí)提供大幅衰減的分?jǐn)?shù)頻率。圖3中的曲線顯示該數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)，及其與圖1中模擬濾波器的比較。
圖3：集成無(wú)源濾波器且支持HART的輸入。
不幸的是，真實(shí)情況遠(yuǎn)沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。當(dāng)一條完整的消息經(jīng)過(guò)HART發(fā)送后，HART FSK調(diào)制信號(hào)頻譜不僅在基頻調(diào)制頻率處包含電能，且在1.2kHz與2.2kHz載波之間、下方和上方包含頻率分量。圖4顯示了HART FSK消息在ADC輸入端的典型頻譜，以及通過(guò)SINC3濾波器以400Hz陷波衰減時(shí)的頻譜。本例中，主機(jī)發(fā)送HART命令3，從機(jī)響應(yīng)該命令。
評(píng)論