基于SIMl-2的现场总线仪表电路设计

1 引言
现场总线仪表的重要特点是总线供电。总线供电是指仪表从传输数据的信号总线上获取维持其工作所需的电源。而无需本地电源供电。但由总线供电的仪表具有较严格的功耗约束和复杂的系统，设计可在10 mA下工作的现场总线仪表仍具有挑战性。这里提出一种基于SIMl-2的现场总线仪表电路设计方案。

2 媒体结合单元(MAU)
典型的现场总线仪表由媒体结合单元MAU(Medium Attachment Unit)、数字系统、A／D转换器、信号调理电路和传感器组成。其中MAU电路通常与数字系统设计在一个圆形线路板上，因此又称为“通讯圆卡”。
MAU电路分为总线供电和非总线供电两种类型，主要实现标准逻辑信号与传输介质上的物理信号之间的转换，总线供电的MAU电路用于从总线吸收电流，产生系统所需的工作电源。而早期集成的MAU电路性能差，功耗较大。其设计思想是片内集成易于集成的器件(如运算放大器、DC／DC变换器和基准源等)，而较大数值的电阻、电容和较大功率的电流调整管等器件仍使用分立元件。MAU电路设计难点是在满足各项性能指标的前提下降低其自身的工作电流以提高能量利用率。而西门子公司的SIMl-2是新型的集成化的MAU电路。

3 SIM1-2器件主要功能与使用
SIMl-2(Siemens IEC MAU)西门子现场总线MAU器件采用符合IEC61158―2的曼彻斯特码技术，最大数据传输速率31．25 Kbit／s，采用SMD housing MLPQ40封装，器件尺寸小。SIMl-2的结构框图如图l所示。

SIMl-2支持所有发送与接收功能，吸收总线上附加电源电流并具有高阻特性，采用两种稳压电源供电并允许电源具有电隔离。SIMl-2具有以下主要功能：支持所有发送和接收功能；对来自总线的能量起到高阻抗退耦作用：可连接所有曼彻斯特码编解码器，符合IEC61158-2的曼彻斯特码技术；MAU器件和通讯控制器之间集成接口逻辑，降低电流消耗；为用户提供稳定的输出电压，电压设置范围2~5 V(误差+3％)，可用电流最高可达50 mA；闲聊(JABBER)禁止。其接口逻辑是指从该器件到通讯控制器的接口，采用以下3种不同的工作模式：
(1)不采用电流式隔离 如果特殊应用的器件的总线接口无需电流式隔离，此时使使能信号GIM为低电平。接收和发送信号未经处理和转换而通过。其电路如图2所示。

(2)光耦隔离 为了得到数据和相关信号的线性电流式隔离，使用不同的隔离器件和隔离电路。常用方法是在每个信号端(TxS，TxE，RxS，RxA)放置光耦，如图3所示。