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新一代SD2015型HART调制解调器

日期:2019-05-23 08:10
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摘要:
新一代SD2015型HART调制解调器的原理

新一代SD2015型HART调制解调器的原理
摘要:本文阐述了SD2015型HART调制解调器的原理。SD2015内部集成了符合Bell202标准的较完整的调制解调电路,便于构建智能现场仪表的HART协议通信模块电路;并且与现有的HART调制解调电路可相互兼容。
关键词:SD2015;HART协议;调制解调器
1 引言
  20世纪70年代中期,工业控制仪表发展为统一的二线制4 mA~20mA电流环标准模拟信号体制。80年代后,数字技术的发展使大量智能控制仪表采用了微控制器(MCU),仪表与控制设备之间传输的信息量增加,迫切需要一种全数字双向通信规范。美国Rose—mount公司制定的HART协议是兼容现行4mA一20 mA模拟系统的过渡性现场总线标准,得到了非常广泛的应用,成为智能工业控制领域事实上的国际标准。
  SDIC公司的SD2015型HART调制解调器用于构建智能现场仪表的HART协议通信模块,具有外围电路简单和工作可靠性高等特点。
2 HART协议
HART(Highway Addressable RemoteTransducer),可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议,是美国Rosement公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。HART装置提供具有相对低的带宽,适度响应时间的通信,经过10多年的发展,HART技术在国外已经十分成熟,并已成为全球智能仪表的工业标准。
HART协议采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号,在低频的4-20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯,数据传输率为1.2Mbps。由于FSK信号的平均值为0,不影响传送给控制系统模拟信号的大小,保证了与现有模拟系统的兼容性。在HART协议通信中主要的变量和控制信息由4-20mA传送,在需要的情况下,另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协议访问。
HART通信采用的是半双工的通信方式,其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信,属于模拟系统向数字系统转变过程中过渡性产品,因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力,得到了较快发展。

HART采用统一的设备描述语言DDL。现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性,由HART基金会负责登记管理这些设备描述并把它们编为设备描述字典,主设备运用DDL技术来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发专用接口。但由于这种模拟数字混合信号制,导致难以开发出一种能满足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用总线供电,可满足本质安全防爆要求,并可组成由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。
3 SD2015的工作原理
3.1 SD2015的性能与引脚功能
  SD2015是应用于HART现场仪表的单片CMOS调制解调器,其主要性能如下:
  (1)符合HART通信协议物理层要求,与HT2015、A5191完全兼容。
  (2)功耗可低至80μA ;
(3)误码率小于百万分之一;
(4)工作电压3.0V~5.5V;
(5)单芯片、半双工1200b/s的FSK调制解调器
(6)内部集成接收滤波器,以及输出HART波形整形电路;
(7)可外接460.8 kHz晶体或陶瓷滤波器或使用外部输入时钟;
(8)工业级工作温度:-40℃~+85℃;
另外,为了节省功耗,SD2015在进行发送操作时可将接收电路关闭,进行接收操作时也可将发送电路关闭.这种工作方式适合于HART协议的半双工通信方式。
SD2015采用28引脚PLCC和32引脚LQFP封装,3.2 SD2015的内部结构与工作原理

  SD2015与HT2015、A5191HRT的功能完全相同。该芯片包含一个发送数据的调制器和波形整形器、模拟接收滤波器和解调器、载波检测电路、振荡器,功能框图如图2所示。
图2 SD2015结构图
调制解调器调制发送信号、解调接收信号,信号波形整形电路对发送信号进行波形整形,使之符合HART规范。载波检测电路将把接收滤波器输出和两个外部参考电压VIAREF与VICDREF之间的差值进行比较,以确定载波是否出现。模拟接收电路对接收信号进行带通滤波,然后输入解调电路和载波检测电路。振荡电路通过外接一个谐振器或时钟源,给整个该电路提供时钟基准。
该调制电路使用FSK调制方式(1200Hz为1,2200Hz为0),比特率1200位/秒。
4 结束语
  HART技术在国外已经很成熟。并以其自身突出的优点成为智能控制领域中应用*广泛的现场通信协议。可以预见,在今后很长一段时期内,HART技术将在我国现场仪表的智能化研制和改造中发挥重要作用。设计实践证明,使用SD2015设计智能现场仪表的HART协议通信模块具有电路设计简单、工作可靠性高、现有模拟系统的兼容等优越性,参考价值和实用价值较高。
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