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新一代SD2015型HART調制解調器
日期：2022-01-11 21:46
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摘要：
新一代SD2015型HART調制解調器的原理
新一代SD2015型HART調制解調器的原理
摘要：本文闡述了SD2015型HART調制解調器的原理。SD2015內部集成了符合Bell202標準的較完整的調制解調電路，便于構建智能現場儀表的HART協議通信模塊電路；并且與現有的HART調制解調電路可相互兼容。
關鍵詞：SD2015；HART協議；調制解調器
1 引言
20世紀70年代中期，工業控制儀表發展為統一的二線制4 mA~20mA電流環標準模擬信號體制。80年代后，數字技術的發展使大量智能控制儀表采用了微控制器(MCU)，儀表與控制設備之間傳輸的信息量增加，迫切需要一種全數字雙向通信規范。美國Rose—mount公司制定的HART協議是兼容現行4mA一20 mA模擬系統的過渡性現場總線標準，得到了非常廣泛的應用，成為智能工業控制領域事實上的國際標準。
SDIC公司的SD2015型HART調制解調器用于構建智能現場儀表的HART協議通信模塊，具有外圍電路簡單和工作可靠性高等特點。
2 HART協議
HART(Highway Addressable RemoteTransducer)，可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議，是美國Rosement公司于1985年推出的一種用于現場智能儀表和控制室設備之間的通信協議。HART裝置提供具有相對低的帶寬，適度響應時間的通信，經過10多年的發展，HART技術在國外已經十分成熟，并已成為全球智能儀表的工業標準。
HART協議采用基于Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4-20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數字信號進行雙向數字通訊，數據傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統模擬信號的大小，保證了與現有模擬系統的兼容性。在HART協議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送，在需要的情況下，另外的測量、過程參數、設備組態、校準、診斷信息通過HART協議訪問。
HART通信采用的是半雙工的通信方式，其特點是在現有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信，屬于模擬系統向數字系統轉變過程中過渡性產品，因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭能力，得到了較快發展。
HART采用統一的設備描述語言DDL?，F場設備開發商采用這種標準語言來描述設備特性，由HART基金會負責登記管理這些設備描述并把它們編為設備描述字典，主設備運用DDL技術來理解這些設備的特性參數而不必為這些設備開發專用接口。但由于這種模擬數字混合信號制，導致難以開發出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本質安全防爆要求，并可組成由手持編程器與管理系統主機作為主設備的雙主設備系統。
3 SD2015的工作原理
3．1 SD2015的性能與引腳功能
SD2015是應用于HART現場儀表的單片CMOS調制解調器，其主要性能如下：
(1)符合HART通信協議物理層要求，與HT2015、A5191完全兼容。
(2)功耗可低至80μA ；
(3)誤碼率小于百萬分之一；
(4)工作電壓3.0V～5.5V；
(5)單芯片、半雙工1200b/s的FSK調制解調器
(6)內部集成接收濾波器，以及輸出HART波形整形電路；
(7)可外接460．8 kHz晶體或陶瓷濾波器或使用外部輸入時鐘；
(8)工業級工作溫度:-40℃～+85℃；
另外，為了節省功耗，SD2015在進行發送操作時可將接收電路關閉，進行接收操作時也可將發送電路關閉．這種工作方式適合于HART協議的半雙工通信方式。
SD2015采用28引腳PLCC和32引腳LQFP封裝，3．2 SD2015的內部結構與工作原理
SD2015與HT2015、A5191HRT的功能完全相同。該芯片包含一個發送數據的調制器和波形整形器、模擬接收濾波器和解調器、載波檢測電路、振蕩器，功能框圖如圖2所示。
圖2 SD2015結構圖
調制解調器調制發送信號、解調接收信號，信號波形整形電路對發送信號進行波形整形，使之符合HART規范。載波檢測電路將把接收濾波器輸出和兩個外部參考電壓VIAREF與VICDREF之間的差值進行比較，以確定載波是否出現。模擬接收電路對接收信號進行帶通濾波，然后輸入解調電路和載波檢測電路。振蕩電路通過外接一個諧振器或時鐘源，給整個該電路提供時鐘基準。
該調制電路使用FSK調制方式（1200Hz為1，2200Hz為0），比特率1200位/秒。
4 結束語
HART技術在國外已經很成熟。并以其自身突出的優點成為智能控制領域中應用*廣泛的現場通信協議?？梢灶A見，在今后很長一段時期內，HART技術將在我國現場儀表的智能化研制和改造中發揮重要作用。設計實踐證明，使用SD2015設計智能現場儀表的HART協議通信模塊具有電路設計簡單、工作可靠性高、現有模擬系統的兼容等優越性，參考價值和實用價值較高。
新一代SD2015型HART調制解調器的原理
摘要：本文闡述了SD2015型HART調制解調器的原理。SD2015內部集成了符合Bell202標準的較完整的調制解調電路，便于構建智能現場儀表的HART協議通信模塊電路；并且與現有的HART調制解調電路可相互兼容。
關鍵詞：SD2015；HART協議；調制解調器
1 引言
20世紀70年代中期，工業控制儀表發展為統一的二線制4 mA~20mA電流環標準模擬信號體制。80年代后，數字技術的發展使大量智能控制儀表采用了微控制器(MCU)，儀表與控制設備之間傳輸的信息量增加，迫切需要一種全數字雙向通信規范。美國Rose—mount公司制定的HART協議是兼容現行4mA一20 mA模擬系統的過渡性現場總線標準，得到了非常廣泛的應用，成為智能工業控制領域事實上的國際標準。
SDIC公司的SD2015型HART調制解調器用于構建智能現場儀表的HART協議通信模塊，具有外圍電路簡單和工作可靠性高等特點。
2 HART協議
HART(Highway Addressable RemoteTransducer)，可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議，是美國Rosement公司于1985年推出的一種用于現場智能儀表和控制室設備之間的通信協議。HART裝置提供具有相對低的帶寬，適度響應時間的通信，經過10多年的發展，HART技術在國外已經十分成熟，并已成為全球智能儀表的工業標準。
HART協議采用基于Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4-20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數字信號進行雙向數字通訊，數據傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統模擬信號的大小，保證了與現有模擬系統的兼容性。在HART協議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送，在需要的情況下，另外的測量、過程參數、設備組態、校準、診斷信息通過HART協議訪問。
HART通信采用的是半雙工的通信方式，其特點是在現有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信，屬于模擬系統向數字系統轉變過程中過渡性產品，因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭能力，得到了較快發展。
HART采用統一的設備描述語言DDL?，F場設備開發商采用這種標準語言來描述設備特性，由HART基金會負責登記管理這些設備描述并把它們編為設備描述字典，主設備運用DDL技術來理解這些設備的特性參數而不必為這些設備開發專用接口。但由于這種模擬數字混合信號制，導致難以開發出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本質安全防爆要求，并可組成由手持編程器與管理系統主機作為主設備的雙主設備系統。
3 SD2015的工作原理
3．1 SD2015的性能與引腳功能
SD2015是應用于HART現場儀表的單片CMOS調制解調器，其主要性能如下：
(1)符合HART通信協議物理層要求，與HT2015、A5191完全兼容。
(2)功耗可低至80μA ；
(3)誤碼率小于百萬分之一；
(4)工作電壓3.0V～5.5V；
(5)單芯片、半雙工1200b/s的FSK調制解調器
(6)內部集成接收濾波器，以及輸出HART波形整形電路；
(7)可外接460．8 kHz晶體或陶瓷濾波器或使用外部輸入時鐘；
(8)工業級工作溫度:-40℃～+85℃；
另外，為了節省功耗，SD2015在進行發送操作時可將接收電路關閉，進行接收操作時也可將發送電路關閉．這種工作方式適合于HART協議的半雙工通信方式。
SD2015采用28引腳PLCC和32引腳LQFP封裝，3．2 SD2015的內部結構與工作原理
SD2015與HT2015、A5191HRT的功能完全相同。該芯片包含一個發送數據的調制器和波形整形器、模擬接收濾波器和解調器、載波檢測電路、振蕩器，功能框圖如圖2所示。
圖2 SD2015結構圖
調制解調器調制發送信號、解調接收信號，信號波形整形電路對發送信號進行波形整形，使之符合HART規范。載波檢測電路將把接收濾波器輸出和兩個外部參考電壓VIAREF與VICDREF之間的差值進行比較，以確定載波是否出現。模擬接收電路對接收信號進行帶通濾波，然后輸入解調電路和載波檢測電路。振蕩電路通過外接一個諧振器或時鐘源，給整個該電路提供時鐘基準。
該調制電路使用FSK調制方式（1200Hz為1，2200Hz為0），比特率1200位/秒。
4 結束語
HART技術在國外已經很成熟。并以其自身突出的優點成為智能控制領域中應用*廣泛的現場通信協議?？梢灶A見，在今后很長一段時期內，HART技術將在我國現場儀表的智能化研制和改造中發揮重要作用。設計實踐證明，使用SD2015設計智能現場儀表的HART協議通信模塊具有電路設計簡單、工作可靠性高、現有模擬系統的兼容等優越性，參考價值和實用價值較高。
