利用调制解调器IC改进HART通信网络

接收路径

当RTS处于逻辑高电平时，调制器禁用，解调器使能，也就是说调制解调器处于接收模式。接收器在HART_IN引脚上解调FSK调制信号。在此模式下，相关模块是内部带通滤波器、ADC和DSP引擎。CD高电平（载波检测）表示检测到有效载波。解调数据通过UART接口上的RXD引脚发送至主处理器。

我们选择该接收架构的目的是让AD5700能够抵御恶劣工业环境中的噪声和干扰。通过结合使用模拟滤波和数字滤波，可以在RXD引脚上实现出色的灵敏度和高度精确的输出。HART位流之前是一个标准UART帧，该帧包含一个起始位、8位数据、一个奇偶校验位和一个停止位。在解调模式下，调制解调器具有两个滤波器配置选项：内部滤波器（HART信号施加于HART_IN）和外部滤波器（滤波HART信号直接施加于ADC_IP）。外部滤波器模式支持在防爆和本安型环境中使用AD5700。它包括150 kΩ电阻，这样可以将电流限制在足够低水平，以遵守本质安全要求。建议将此选项用于对安全至关重要的应用的操作，调制解调器必须与环路电源的高电压隔离开。这种情况下，输入端具有更高的瞬态电压保护功能，因此即使是在要求最苛刻的工业环境中，也无需额外的保护电路。


其他模块

图2中显示的其他三个模块是上文提及的UART接口、内部基准和振荡器。RTS和TXD是用于调制的重要信号，而CD和RXD则对解调非常重要。AD5700可以接收外部2.5 V基准，只有在AVDD电源大于2.7 V时才能使用。对内部或外部基准选项的使用受REF_SEL针脚的极性控制。对于时钟，该器件支持多个方案，以实现简单的低成本可配置解决方案。AD5700可以使用外部晶体、陶瓷谐振器或CMOS输入。AD5700-1是首款集成内部低功耗0.5%精密振荡器的HART调制解调器IC，降低了所需的外部电路以及总体成本。众多片上集成功能显著简化了HART兼容系统的设计，从而提供更加可靠和经济高效的稳定网络解决方案。

低功耗应用示例

低功耗非常重要，因为环路供电的所有电路的功耗必须低于3.5 mA。图4显示了环路中的HART通信应用示例。在AD5700控制板上，AD5700 HART调制解调器与AD5421 16位串行输入环路供电型4 mA至20 mA DAC和ADuCM360 微控制器接口连接，以演示用于测量压力（“0”）和温度（“1”）的两个共享数据通道的环路供电型发射器电路。

图4. 在HART通信中，AD5421环路DAC和AD5700 HART调制解调器作为环路供电型数据发射器。

该电路已通过兼容性测试和验证，并注册为HART通信基金会认证的HART解决方案。产品注册的详细信息在它们的网站上提供。

在此类4 mA至20 mA环路供电型应用中，最重要的限制是整个电路的功耗必须低于3.5 mA（“低限报警”设置，比4 mA的信号下限低0.5 mA）。在此类应用中，AD5700的低功耗规格极为重要。在满足功耗规格方面，每微安都非常重要，如果设计中的每个IC都抽取足够小的电流，则不会超过3.5 mA的预算，应用将能正常运行。典型的发射和接收电流分别为124 μA和86 μA，相应的最大指定耗用电流分别为140 μA和115 μA，AD5700不会对整体电流预算产生很大影响。

结论

除了业界功耗最低的HART调制解调器IC之外，ADI公司还提供完整HART解决方案功能，包括微控制器产品, 放大器, 精密基准, 开关, ADC和电流-输出DACAD5700 HART调制解调器可以轻松与以下器件接口：AD5421，在上文所述的环路供电型智能发射器应用示例中使用；AD5422 16位电压输出和电流输出DAC，用于现场仪表或模拟I/O卡；AD5755-116位四通道DAC，采用创新的动态电源控制技术，用于多通道应用。此外，可以无缝匹配的元件也可用于整个信号链。与AD5700/AD5700-1结合使用时，它可以简化系统设计和增强可靠性，实现稳定HART兼容系统的快速轻松部署。