Передатчики стандарта HART

Мэтью Саседа (Texas Instruments)

В статье «Начнем с основного: что такое протокол HART и как он работает?» авторы обсудили протокол скоростного адресного доступа к удаленному преобразователю (HART) и его место в конструкциях сенсорных датчиков. Напомним, что простые конструкции передатчиков традиционно передают аналоговое значение, обычно называемое технологической переменной (ТП, PV), через токовую петлю. Эта технологическая переменная обычно связана с измеряемым параметром датчика, таким как влажность, температура, pH, давление, который представлен аналоговым сигналом 4…20 мА. Такой аналоговый сигнал может быть передан по проводу длиной несколько километров, пока не достигнет аналоговой интерфейсной схемы, регистрирующей падение потенциала на шунтирующем резисторе, чтобы преобразовать переданную величину сигнала датчика.

Все это хорошо, пока вы хотите передавать только один параметр. Но что делать, если необходимо отправить или получить дополнительные данные по тем же двум проводам? Это возможно путем использования в конструкции вашего передатчика технологии HART.

При включении модема HART приложение сможет передавать данные по расширенным процедурам калибровки, отправлять диагностические данные или передавать технологические переменные с других подключенных сенсорных платформ. Эта передача данных возможна посредством сигнала HART с частотной манипуляцией (FSK), которая накладывается на аналоговый сигнал токовой петли.

Перед тем как погрузиться в специфические особенности конструкции двухпроводного передатчика HART, пройдите (или освежите в памяти) ускоренный курс проектирования простого двухпроводного передатчика [1]. Закончили обзор? Отлично! Теперь Вы на полпути.

Начнем со схемы, показанной на рисунке 1.

Рис. 1. Двухпроводный передатчик с модемом HART

Рис. 1. Двухпроводный передатчик с модемом HART

Схема может казаться несколько сложной, но единственная разница между этой схемой и показанной в записи блога о простом двухпроводном передатчике – это включение модема HART DAC8740H. Небольшой ток покоя модема DAC8740H (порядка 180 мкА) делает его превосходным кандидатом для решения задач передачи данных с маломощных датчиков. Используя методы, показанные в ускоренном курсе [1], определим коэффициент усиления \((1+\frac{R3}{R4})\) для токовой петли.

Между модемом HART и передатчиком имеются всего две точки присоединения. На рисунке 2 вывод DAC8740H MODOUT модема HART соединяется с передатчиком по переменному току через конденсатор C1. Этот конденсатор вместе с R6 создает фильтр верхних частот, который ослабляет частоты более низкие, чем выбранная частота отсечки, \(\frac{1}{(2\times TT\times R6\times C1)}\).

Рис. 2. Присоединение модема HART

Рис. 2. Присоединение модема HART

Во время работы сигнал HART FSK с амплитудой 1 мА р-p поступает из точки выхода модуляции MODOUT и накладывается на аналоговое значение тока в петле. Резистор R6, включенный последовательно между HART-модемом и неинвертирующим терминалом U3, может устанавливать и менять амплитуду сигнала FSK. С учетом наложения, формула 1 определяет переменную компоненту тока в петле как:

$$I_{OUT_{p-p}}=(\frac{V_{HART}}{R6})\times (1+\frac{R3}{R4})\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

Следовательно:
$$R6=(\frac{V_{HART}}{I_{OUT_{p-p}}})\times (1+\frac{R3}{R4})$$.

Подставляя из схемы значения для R3, R4 и напряжения полного размаха на выходе модуляции, получим величину для R6. Имея значение R6 и выбрав частоту среза фильтра верхних частот, можно вычислить величину C1. В типовом проекте высокоточного преобразователя для токовой петли 4…20 мА с модемом HART частота среза составляет 679 Гц, что позволяет эффективно ослаблять шум и частоты ниже 1200 и 2200 Гц без существенного влияния на диапазон частот сигналов HART.

Вход сигнала HART – ножка MOD_IN микросхемы DAC8740H – подключается со связью по переменному току через конденсатор C2 к положительному проводу линии и поступает на внутренний полосовой фильтр модема.

Готово! Вы закончили конструкцию передатчика HART и можно двигаться дальше. Следующим шагом будет создание интеллектуального передатчика сигнала датчика, для чего необходимо выбрать интерфейс датчика, например, TMP116 – микросхему, обеспечивающую лучшую точность, чем резистивный датчик температуры класса А (RTD).

Литература

  1. Industrial DACs: How to design 2-wire transmitters.TI E2E™ Community.

Оригинал статьи

•••

Наши информационные каналы

О компании Texas Instruments

В середине 2001 г. компании Texas Instruments и КОМПЭЛ заключили официальное дистрибьюторское соглашение, которое явилось результатом длительной и успешной работы КОМПЭЛ в качестве официального дистрибьютора фирмы Burr-Brown. (Как известно, Burr-Brown вошла в состав TI так же, как и компании Unitrode, Power Trend и Klixon). С этого времени компания КОМПЭЛ получила доступ к поставке всей номенклатуры производимых компанией TI компонентов, технологий и отладочных средств, а также ...читать далее

Товары
Наименование
DAC8740HRGER (TI)
DAC8740HRGET (TI)
TMP116AIDRVT (TI)