HART调制解调器SYM20C15应用设计

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:介绍HART调制解调器芯片SYM20C15的工作原理及其电路模块,给出其典型应用电路。该芯片专为实现HART协议而设计,与微处理器的接口简单、功耗低,被大量应用于HART智能仪表。 关键词:HART通信协议 调制解调器 智能变送器 工业控制仪表普通采用4~20mA标准。为拓展现有仪表功能,在模拟信号基础上须增加数字通信能力。目前,大量使用的Rosemount公司研制的HART(High Addressable Remote Transducer)现场通信协议。SYM20C15是专为实现HART协议而设计的调制解调器芯片。 1 HART通信协议简介 HART通信协议使用频移键控FSK(Frequency Shift Keying)技术,将数字信号变换为音频信号,叠加到现场变送器和控制室之间的4~20mA电流环上来作数字通信。协议规定的信号频率(1200Hz代表1,2200Hz代表0)和传输速率(1200bit/s)符合美国Bell 202标准。这些音频正弦波的平均值为零,所以在现存的模拟信号中不增加直流成分,因此,在2根线上可以同时传送互不影响的模拟和数字信号。正是由于HART协议的这种优点,使它成为工业现场广泛应用的、事实上的工业标准。 2 SYM20C15引脚说明和特点 (1)SYM20C15引脚说明 SYM20C15为28脚PLCC封装,其引脚说明如表1所列。 表1 SYM20C15引脚说明 引 脚 名 称 类 型 功能描述 备 注 1,5,7,8,9,14     测试 接地 2,3,4,25,28     测试 空 6 /RESET 输入 复位 低电平复位 10 OTXA 输出 调制器输出   11 IAREF 输入 参考电压 供电电源3.3V时接1.235V; 供电电源5.0V时接2.5V 12 ICDREF 输入 载波检测参考电压 IAREF-ICDREF=80mV 13 OCBIAS   设置工作电流 电源3.3V时连接500kΩ电阻到地;电源5.0V时连接1MΩ电阻到地 15,22 VDDA,VDD   电源 接3.3V或5.0V 16 IRXA 输入 模拟接收滤波器输入   17 ORXAF 输出 模拟接收滤波器输出   18 IRXAC 输入 模拟接收比较器输入   19 OXTL 输出 振荡器输出 460kHz 20 IXTL 输入 振荡器输入 或接外部时钟 21 Vss   地   23 INRTS 输入 发送请求 低电平选择调制工作方式 24 ITXD 输入 调制器输入   26 ORXD 输出 解调器输出   27 OSD 输出 载波检测   (2)SYM20C15特点 *符合HART协议物理层规范; *单片CMOS、低功耗、FSK调制解调器; *符合Bell 2020标准,传输率1200bit/s,半双工; *单电源3.3~5V供电; *需外部提供460.8kHz时钟; *5V供电时TTL兼容。 3 SYM20C15工作过程 SYM20C15是专为实现HART协议而设计的低功耗调制解调器。它包含几乎怕有在4~20mA模拟现场仪表上叠加HART通信协议所需的电路,只需外接少量元件即可构成HART协议的完整应用。SYM20C15包含4个主要模块:时钟模块、调制器模块、解调器模块、载波检测模块。 (1)调制过程 当INRTS引脚为低电平时,调制器工作,解调器关闭。调制器模块接收由ITXD引脚输入的不归零制(NRZ)数字信号,生成FSK调制信号由OTXA引脚输出。图1为调制过程波形。 ITXD引脚为高电平时,OTXA引脚输出1200Hz的梯形波;ITXD引脚为低电平时,OTXA引脚输出2200Hz的梯形波。OTXA输出通常需要和放大器或缓冲器进行交流耦合,输出电压幅度由IAREF引脚上的参考电压决定,其波形示意如图2所示。 图2中VQ为OTXA上的静态电压(非调制状态),VREF为IAREF引脚上的参考电压。VREF为1.235V时,VQ为0.5V,信号电压0.25~0.75V,这正好满足HART主设备连接到网络上的电压要求。但由于OTXA没有足够的驱动能力直接接入HART网络,所以需要连接一个缓冲放大器。在工业现场仪表的应用中,通常将OTXA上的0.5V峰-峰电压输出转换为1mA峰-峰电流输出。 (2)解调过程 图3为解调过程波形。当INRTS引脚为高电平时,解调器工作,调制器关闭。接收到的信号需经过一个带通滤波器。这个滤波器的一部分被集成到SYM20C51内部,其余元件外接,用以降低电源变化带来的影响。整个带通滤波器由1个单极点低通滤波器和1个四极点高通滤波器构成。SYM20C15需要IAREF和ICDREF两个电压参考源。IAREF为芯片内部的放大器和比较器提供电压基准,通常为1.235V。ICDREF用于载波检测,应比IAREF低0.08V。图4为SYM20C15解调电路原理图。 (3)载波检测 当IRXAC上的电压小于ICDREF时,图4中的比较器CDCMP输出逻辑电平。这个输出被引入一个载波检测模块,当INRTS为高且有4个连续脉冲到达时,OCD置高,下一个有效脉冲必须在2.5ms内被接收才能使OCD保持高电平。 (4)时钟模块 芯片正常工作需要460.8kHz的时钟信号,可在引脚OXTL和IXTL间连接1个晶体或隐瓷谐振器,或在引脚OXTL上连接外部时钟,同时将引脚IXTL接地。 4 SYM20C15应用电路 图5为使用SYM20C15设计的一个HART从设备的典型应用电路。SYM20C15的UART接口可以很谁地与微处理器进行连接。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/network/200703/12177.html
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