基于SD2057與SD2421帶HART協(xié)議智能變送器解決方案

在研制某智能現(xiàn)場儀表的過程中，使用單片HART調(diào)制解調(diào)器SD2057和數(shù)模轉(zhuǎn)換器SD2421設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了其中的HART協(xié)議遠(yuǎn)程通信模塊，具有高精度、低功耗、低成本、工作可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。

此方案主要針對某帶HART通訊現(xiàn)場儀表遠(yuǎn)程通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)要求，基于SD2057提供的HART調(diào)制解調(diào)解決方案和SD2421提供的4~20mA電流環(huán)解決方案，完成帶HART協(xié)議智能變送器的軟硬件設(shè)計(jì)。

方案特點(diǎn)電路中的VCC由SD2421控制調(diào)整管U2產(chǎn)生，可用于系統(tǒng)中其他電路供電。調(diào)整管U2必須采用耗盡型的MOS管，可使用DN25D或BSP129。加上3.9V的穩(wěn)壓管D1可以防止某些情況下的上電沖擊，防止電路出現(xiàn)故障時(shí)產(chǎn)生高壓。二極管D2可防止外部輸入的環(huán)路電源極性接反。電路中的2.5V和1.25V基準(zhǔn)電壓也由SD2421產(chǎn)生，可作為系統(tǒng)中傳感器或A/D轉(zhuǎn)換芯片的參考電壓。SD2421管腳C1、C2、C3連接的電容建議采用NPO（或CG0）材質(zhì)的陶瓷電容。C10（2.2uF），C12（4.7uF），C15（4.7uF）建議采用鉭電容。

SD2057內(nèi)部集成了符合bell202標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制器、解調(diào)器、接收濾波器、發(fā)送信號整形電路、載波檢測等電路，由于SD2057的這些特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)如圖1。SD2057有內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，也可使用SD2421輸出的2.5V電壓源作為基準(zhǔn)，配合一些外部無源元件，就能完成滿足HART協(xié)議物理層要求的電路設(shè)計(jì)。

SD2421是SDIC公司推出的單片高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器，只需外接一個(gè)FET調(diào)整管和少量的無源器件，控制器通過三線接口CLOCK、DATA和LATCH寫入相應(yīng)16位數(shù)字碼，即可輸出對應(yīng)的16位分辨率4～20mA模擬電流。

HART信號通過C19與SD2421的C3引腳連接的電容分壓，在C3引腳形成一個(gè)輸入電壓。經(jīng)過芯片內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電流，放大2001倍后疊加到環(huán)路上，即可在環(huán)路上產(chǎn)生1mA峰峰值的電流信號。從而將HART信號以1mA峰峰值零平均值形式疊加到環(huán)路上，通過環(huán)路傳輸，使得整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字和模擬同時(shí)傳輸。如需調(diào)整耦合到環(huán)路的HART信號的幅度，可通過調(diào)整C19電容實(shí)現(xiàn)。