工业现场环路供电仪器仪表的四大关键设计环节

三、4mA-20mA接口输出DAC：低功耗、小尺寸、高安全性

对于图2信号链的环路供电4mA-20mA输出环节，ADI公司推荐非常适合的高性能、低功耗集成式低成本DAC解决方案——AD5421。相对竞争性方案，其功耗可节省50%，占板空间可节省高达55%。AD5421保证16-bit单调性，典型条件下，积分非线性为0.0015%，失调误差为0.0012%，增益误差为0.0006%。它采用28引脚TSSOP封装，额定温度范围为-40℃至+105℃工业温度范围。

AD5421内置一路稳压输出，用于为自身及变送器中的其它器件供电。此调节器提供1.8V至12V的调节输出电压，可支持低电压辅助系统元件。该器件还内置1.22V和2.5V基准电压源，因而不需要分立调节器和基准电压源。

AD5421可以结合标准HART FSK协议通信电路使用，而且额定性能不会受到影响。高速串行接口能够以30MHz速率工作，并且允许通过一个SPI兼容型三线式接口与常用的微处理器和微控制器简单相连。

在图2所示信号链中，AD5421可发挥增强的故障检测功能：它对SPI的接口有一个看门狗定时器，SPI接口可有分组错误的校验，还有环路电流、电压的监测，并可对片上本身温度进行监测，还有就是可以进行电源电压的监控，确保了系统的安全和可靠性。

四、通过HART通信实现增强的测量和诊断功能

对于当今的现场仪器仪表，还有一个很重要的设计环节就是HART(可寻址远程传感器高速通道)通信。随着全球工业过程控制系统朝着需要更多诊断功能、需要进行资产管理、需要更多通信的趋势发展，HART逐步成为是一个通行的准数字标准，在传统单向的、单通道、诊断功能有限（正常/故障）的4mA-20mA工业总线上增加一个HART选项，通过调频的方式，叠加数字的信号，来实现增强的测量能力和双向诊断功能（图5）。

图5：HART通信在过程控制领域方兴未艾。

传统上做变送器/现场仪器仪表的系统厂商已经普遍在一些高端模块上整合了HART，近年来的趋势是做控制器、PLC以及DCS的厂商也开始在自己的IO模块、控制器模块上去加HART，以便提供更好的系统诊断和通讯的功能。

ADI公司的AD5700是一款能很好满足HART标准规格要求的集成式低功耗HART FSK半双工调制解调器。AD5700是一种单芯片解决方案，集成所有必要的滤波、信号检测、调制、解调和信号生成功能，还集成了全温度范围内都能保证精度为0.5%的精密振荡器，并包含精密载波检测电路并采用标准UART接口，和业界同类产品相比，可减少60%的外部元件。该器件在做解调模式时最低只有178μA，还带基准源，功耗相比同类产品降低了38%，因此是低功耗环路供电型应用的最佳选择。

AD5700采用小型4mm x 4mm外壳设计，尺寸减小了75%；该器件的工作电源电压最低可以在1.71V，其他很多产品到3.3或者3.35V以下就无法工作了；发射波形为相位连续1200Hz和2200Hz正弦波。

图6：DEMO-AD5700-D2Z—适合工业HART通信的ADI完整解决方案。

如图6，ADI新推出了基于AD5700的具有HART接口的完整4mA至20mA环路供电现场仪器评估板。该方案已通过了HART基金会的测试认证。因为HART基金会规定不提供商业用途HART的堆栈，所以ADI也不提供HART堆栈，只计划要公布简化实例代码，包括单片机ADuCM360（配置，PGA，2× ADC，Vref…）、AD5421(SPI)、AD5700(UART)外设的驱动，还提供一条HART的命令，但不是HART堆栈(可以去找第三方提供)。