工控芯片國產(chǎn)替代，晶華微為工控企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型賦能

當下國際供應鏈斷裂，我國工業(yè)控制系統(tǒng)卡脖子現(xiàn)象進一步加劇，一大批優(yōu)質(zhì)的工控企業(yè)受制于人，更凸顯出中國在工業(yè)控制領(lǐng)域的短板。作為工業(yè)控制系統(tǒng)的核心元器件——工控類芯片，實現(xiàn)國產(chǎn)替代，自主可控，成為了我國工業(yè)控制系統(tǒng)國產(chǎn)化的必經(jīng)之路。

HART通信協(xié)議介紹

傳統(tǒng)的模擬信號工業(yè)儀表只能傳輸目標測量值，無法傳輸設(shè)備狀態(tài)、診斷和額外的變量，無法有效的對設(shè)備進行配置和故障排除。如何讓傳統(tǒng)的模擬工業(yè)自動化系統(tǒng)變得更加智能化？HART通信協(xié)議應運而生。HART(highway addressable remote transducer，可尋址遠程傳感器高速通道)通信協(xié)議由美國 Rosemount 公司于20世紀80年代中期推出，主要用于現(xiàn)場智能儀表和控制室系統(tǒng)間進行數(shù)字通信?，F(xiàn)今，HART通信協(xié)議已被世界上三分之二以上的現(xiàn)場設(shè)備所采用，成為智能工業(yè)控制領(lǐng)域的國際標準。

HART調(diào)制解調(diào)器芯片介紹

HART調(diào)制解調(diào)器芯片使用FSK技術(shù)，在4~20mA信號過程量上疊加一個頻率信號，成功地把模擬信號和數(shù)字信號雙向同時通訊，而不互相干擾。采用Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4～20mA模擬信號上疊加一個頻率數(shù)字信號進行雙向數(shù)字通信。數(shù)字信號的幅度為0.5mA ，數(shù)據(jù)傳輸率為1200bps，1200Hz代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯“0”。數(shù)字信號波形如圖1所示：

圖1. ?HART波形圖

HART調(diào)制解調(diào)器芯片可以將設(shè)備和系統(tǒng)集成起來，以檢測先前檢測不到的問題，實時檢測設(shè)備或過程的連接問題。通過獲取新的早期預警，以減少偏差造成的影響，避免非計劃停機或過程中斷所引起的高成本?？焖俅_定和驗證控制回路和設(shè)備配置，使用遠程診斷，以減少不必要的現(xiàn)場檢查。杭州晶華微電子有限公司自主研發(fā)的HART調(diào)制解調(diào)器芯片專為實現(xiàn)HART協(xié)議而設(shè)計，型號包括SD2017B、SD2057、SD2085。下面對這三款產(chǎn)品進行詳細介紹：

SD2017B芯片介紹

SD2017B是一款專為實現(xiàn) HART 協(xié)議而設(shè)計的 CMOS 單片調(diào)制解調(diào)器芯片，其主要的功能特點為：

符合 HART 通信協(xié)議物理層要求；單芯片半雙工 1200b/s 的 FSK調(diào)制解調(diào)器；符合 Bell202 標準載波 1200Hz 和 2200Hz；HART波形整形輸出具有額外驅(qū)動能力；可接 3.6864MHz 晶振或使用外部時鐘源；低功耗，調(diào)制模式下最大功耗為 90μA；-55℃至+125℃工作溫度范圍

SD2017B本身集成滿足 HART 物理層規(guī)范功能要求的大部分功能，包括調(diào)制與解調(diào)，輸入信號濾波，載波檢測和發(fā)送信號波形整形等，因此只需再外加少量無源元件，即可實現(xiàn)支持帶HART功能產(chǎn)品設(shè)計。如圖3所示，為SD2017B的一種典型應用。

圖3. SD2017B應用于智能變送器

SD2017B作為SD2015B的升級產(chǎn)品，芯片管腳匹配SD2015B、HT2015及A5191HRT，在一定范圍內(nèi)，可實現(xiàn)兼容替換，如圖4所示，為SD2017B替換SD2015B的實現(xiàn)方法。

圖4. SD2017B芯片替換SD2015B

使用SD2017B替換SD2015B、HT2015及A5191HRT設(shè)計應用方案，外圍無源器件減少到原本的三分之一，晶體振蕩器由原本的460.8kHz陶瓷振蕩器替換為3.6864MHz晶體振蕩器，降低成本的同時也更易于采購，簡化電路設(shè)計、降低成本。

SD2057芯片介紹

SD2057是一款專為實現(xiàn) HART 協(xié)議而設(shè)計的 CMOS 單片調(diào)制解調(diào)器芯片，其主要的功能特點為：

符合 HART 通信協(xié)議物理層要求，符合 Bell202 標準載波 1200Hz 和 2200Hz，內(nèi)部集成接收濾波器，所需外部元件極少，HART 波形整形輸出具有額外驅(qū)動能力，低功耗,調(diào)制模式下最大功耗為 112μA，-55℃至+125℃工作溫度范圍

SD2057集成了所有必要的HART 信號濾波、信號檢測、調(diào)制、解調(diào)及波形整形等功能的電路模塊，滿足 HART 物理層規(guī)范要求，只需添加少量外圍無源元件，即可應用于支持 HART 協(xié)議的現(xiàn)場儀表和控制器中。如圖6所示，為SD2057應用于變送儀表中的一種典型應用。

圖6.SD2057典型應用圖

國內(nèi)的工業(yè)控制系統(tǒng)在不斷變化和創(chuàng)新中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢，晶華微將繼續(xù)加碼，研發(fā)出更多高質(zhì)量的工控相關(guān)產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案，助力加速工控芯片國產(chǎn)化進程，打破國外壟斷局面。并加強與工控企業(yè)達成戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，延伸和提高新技術(shù)，助力工控企業(yè)不斷提升智能化水平，推動中國工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的新發(fā)展。

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