使用HART兼容性簡(jiǎn)化模擬電流環(huán)路設(shè)計(jì)
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時(shí)間：2016-12-16
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圖4：HART消息頻譜。
由圖4可以看出，HART消息的一部分(尤其在較低頻率處)依然可以出現(xiàn)在A/D輸出數(shù)據(jù)中。也就是說(shuō)，可以輕松更改數(shù)字濾波器設(shè)置，以便實(shí)現(xiàn)HART FSK采樣輸入速度和抑制之間的正確平衡。圖5顯示了系統(tǒng)性能，其測(cè)量值在4mA至20mA滿(mǎn)量程范圍內(nèi)以百分比誤差表示，同時(shí)比較模擬濾波器(圖1)和SINC3數(shù)字濾波器(圖2)的系統(tǒng)速度。
圖5：SINC3濾波器與模擬濾波器。
模擬濾波器在硬件中固定，并具有固定的建立時(shí)間。對(duì)于系統(tǒng)輸入端的快速變化模擬信號(hào)而言，模擬濾波器輸出誤差由其較慢的建立時(shí)間決定。例如，如果系統(tǒng)輸入每40ms改變滿(mǎn)量程，則濾波器輸出不會(huì)建立至正確值1%以?xún)?nèi)。對(duì)于較慢的輸入信號(hào)而言，模擬濾波器輸出誤差由其抑制HART FSK信號(hào)低頻分量的能力決定。對(duì)于典型HART命令3消息而言，該誤差測(cè)量值約為4mA至20mA滿(mǎn)量程的0.09%。
此外，數(shù)字SINC3濾波器的建立時(shí)間是一個(gè)用戶(hù)設(shè)置的參數(shù)，濾波器輸出誤差是由于HART FSK調(diào)制對(duì)應(yīng)的濾波器設(shè)置決定的。例如，400 Hz陷波的SINC3濾波器對(duì)應(yīng)7.5ms建立時(shí)間，當(dāng)傳輸HART命令3時(shí)，A/D上測(cè)得的擾動(dòng)不足4mA至20mA滿(mǎn)量程的0.4%。在具有四個(gè)模擬輸入的系統(tǒng)中，SINC3濾波器在通道之間順序切換。同樣的400Hz陷波SIN3濾波器現(xiàn)在需要4×7.5= 30ms才能掃描全部四個(gè)通道。這便是四通道系統(tǒng)的曲線(xiàn)在30ms處均顯示出約為0.4%誤差的原因。
對(duì)于更精確的4mA至20mA輸入而言，SINC3濾波器可設(shè)為30ms建立時(shí)間，該設(shè)置對(duì)應(yīng)100Hz陷波且將HART信號(hào)抑制在不足滿(mǎn)量程的0.1%。如果速度更為重要，則6ms建立時(shí)間(約500Hz陷波)的SINC3濾波器依然可以將HART通信信號(hào)抑制在4mA至20mA輸入的0.5%以下。此外，如果只要求速度且無(wú)需進(jìn)行HART通信，則前文提及的AD7173能夠以每通道161μs的建立時(shí)間達(dá)到3 ksps的采樣速率。
傳統(tǒng)的模擬低通濾波器較容易理解，而某些情況下，每通道略為增加幾個(gè)元器件可在多通道系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)較好的模擬輸入性能。另一方面，Σ-Δ型ADC的集成數(shù)字SINC濾波器具有極大的靈活性，而這種靈活性是一路直到終端系統(tǒng)用戶(hù)都可提供的。數(shù)字解決方案所需硬件較少，并且若設(shè)置得當(dāng)，則其在HART FSK信號(hào)濾波性能方面優(yōu)于單通道系統(tǒng)中的模擬解決方案，而與最多四通道的系統(tǒng)相比具有接近或更佳的性能。
評(píng)論