环城供电变送器曾经从地道的模仿信号调节器停滞为高低灵敏的智能变送器,但所取舍的设想办法仍起源于零碎的功能、性能和利润请求。
  正在环城供电设想中,4 mA到20 mA的环城需求同声需要电源和数据,况且零碎回路的任务直流电必需小于4 mA。现实上,小于或者等于3.6 mA的直流电是比拟垂范的指标值,次要用来环城归于低告警直流电。设想中的其它要害要素还需求思忖指标功能、性能、分寸和利润。咱们议论的 个通路采纳纯模仿信号链。
  该通路丈量是一度由5 V标准电压源供电的阻性电桥压力传感器。经过一度量具缩小器缩小传感器信号。其电压输入经过R1转换为直流电,并集合了经由R2发生的偏偏置直流电。该直流电走过R3,并经过演算缩小器配置缩小,接着经R4构成4 mA到20 mA的输入。因为整个变送器所耗费的直流电都经R4前往,因为其囊括正在4 mA 到20 mA的调理直流电中,向通路环城供电。
  应用0.1% 的电阻,该通路正在25°C环境下的 高 可优于 1%。校准可大大地进步 ,并且经过调动R2和R1可辨别完成平衡和增值校准。但是, 仍受只限传感器功能和部件量度漂移,这是由于通路无奈随便完成对于量度或者传感器线性化的校准。该通路功耗小于1.9 mA(没有囊括传感器鼓励),远低于4 mA的指标值。
  总而言之,该纯模仿发射器需要了一种容易的低利润处理计划。没有过,该传感器无奈线性化,它没有需要量度校准,也没有需要确诊性能。传感器或者输入范畴的任何变迁也需求变化软件。
  纯模仿通路的许多缺欠都能够经过增添数目字解决威力来处理。
  该通路丈量一度RTD量度传感器,运用直流电源供电,正在RTD和精细电阻R1间停止比重丈量。RTD信号可采纳PGA停止调节,并经过24位Σ-? ADC转换为数目字输入。应用ARM7微掌握器处停止数据解决,可完成对于量度传感器和4 mA到20 mA输入的校准和线性化。
  该4 mA到20 mA输入经过PWM信号掌握,可完成12位区分率。固然与事先的架设相似,但输入采纳了演算缩小器的同相端作为 4 mA到20 mA环城的电压掌握。1.2 V标准电压源共同R2正在环城中发生24 mA的等效直流电。这象征着PWM 0 V的掌握电压发生24 mA 输入。输入直流电随PWM上掌握电压的增大而减小。关于4 mA的直流电输入,PWM该当安装为500 mV。该技能的长处就是PWM无需缓冲,这升高了功耗和利润。
  整个RTD量度变送器的功耗正在25°C和85°C时的丈量值辨别是 2.73 mA和3.13 mA (没有囊括传感器鼓励)。该通路相符功耗请求,然而若囊括传感器鼓励直流电或者许其它确诊或者外加特点,则简直没有直流电可用。
  固然利润略高于纯模仿变送器,但其彻底完成了对于传感器和输入的校准和线性化,使 有了明显的进步。它还能够愈加灵敏地完成确诊性能,况且正在硬件中思忖传感器类型变迁也很简单。
  没有过,仍具有一些局限性:4 mA到20 mA环城只能传输主变量(本例中为量度),没有能传输其余消息。外加的确诊和零碎性能虽正在功耗估算范畴内,却能够无奈完成;更高的输出功能能够使4 mA到20 mA输入驱动器变化明显的零碎误差起源。
  该通路是真正的智能变送器。除非需要杰出功能,它还答应经过可寻址近程传感器高速通道(HART)协定正在4 mA到20 mA环城上停止双向通讯。经过正在规范的4 mA到20 mA模仿信号上调制出更高频次的1.2 kHz、2.2 kHz频移键控(FSK)数目字信号,HART协定可运转于保守的广播段环城。于是,HART通讯支撑确诊消息、机件参数和其它丈量消息的近程配置传输。
  ADuCM360经过存正在片内PGA的双通道、精细24位 Σ-? ADC对于压力传感器和RTD停止金鸡独立丈量。低功耗Cortex-M3内核可校准和线性化解决压力传感器输出,RTD则用来量度弥补。该微掌握器还运转HART协定堆栈,况且采纳 AD5700 HART情理层调制抽调器经过UART停止通讯。
   后,该微掌握器经过SPI与AD5421环城供电DAC停止通讯,以掌握4 mA到20 mA环城。AD5421是彻底集成的环城供电4 mA到20mA DAC;它囊括环城驱动器、16位DAC、环城调理器和确诊特点。
  ADC正在50 SPS下运转时,压力传感器输出可完成18.5位无效区分率。正在输入端,AD5421保障需要16位区分率和 大2.3 LSB的INL。
  整个通路功耗垂范值为2.24 mA (没有囊括传感器鼓励),内中AD5421 的功耗为225 μA、AD5700为157 μA、ADuCM360为1.72 mA,盈余的为片内LED等其余通路的功耗。ADuCM360的24位Σ-? ADC和PGA 出于封闭形态,况且外设使能囊括:片内标准电压源、时钟发作器、看门狗定计器、SPI、UART、定计器、闪存、SRAM以及任务频次正在2 MHz的内核。HART通讯的功耗极低,因此能够正在该零碎中紧张增添其它零碎确诊等性能。
  之上通路中均未触及隔离成绩。正在热电偶发射器使用中,袒露的传感器能够间接绑定正在非金属名义,因而隔离尤为主要。光啮合器是一种处理计划,但是它们一般需求一度绝对于较大的偏偏置直流电来确保牢靠的特点。新机件 ADuM124x 和 ADuM144x 2通道/4 通道微功耗隔离器可以应答该署应战。
  该署机件每通道的动态直流电和静态直流电辨别仅为0.3 μA和148 μA/ Mbps。它们可以正在零碎中完成隔离,当前果为功耗制约则无奈做到。
  总之,环城供电变送器设想可依据功能、性能和利润有很反复无常迁。上述三种处理计划需要了没有同的设想衡量考量,从 容易的模仿发射器到性能丰盛的智能变送器。正在智能变送器设想中,新款的低功耗货物将功能、性能和集成晋升到事先无奈到达的程度。