文章转自ADI官网，版权归属原作者一切
工业革命前期以来，人们就需求运用机械和设备进行丈量、操控和通讯，选用传感器和执行器的外表体系成为现代制作工厂的支柱。经过传输线路，选用4 mA至20 mA模仿电流信号进行传输数据以及设置的通讯办法长期以来一直在广泛运用。但外表也在日臻成熟，从前期的纯模仿体系发展到当时运用的”智能”体系，运用HART®（可寻址远程传感器高速通道）协议等技能增强了通讯功用。简而言之，直流低频电路信号由独立的更高频率信号进行调制，信号在一对频率之间切换（图1）—这种技能称为频移键控(FSK)。
本文将介绍该技能的施行，并供给一些运用示例，谈论现代硅集成电路技能运用的一些器材，为体系规划人员供给协助。此外，为了论述该技能，咱们还将介绍当时最紧凑、功耗最低、电压规模最宽、完全符合规范的HART 调制解调器 (调制-解调)IC — ADI公司的AD5700.
什么是HART通讯？
在模仿发射器中运用的首要通讯办法是电流环路，正常规模是从4 mA至20 mA，选用发射器、接纳器和电源设备。它能够完成很多功用，例如远程校准、毛病查询和进程变量数据传输。低功耗发射器和接纳器有必要在4 mA或更低的最小电流下运转，这要取决于过错指示所需的”裕量”。这些电流环路十分牢靠和安稳，在远程通讯中具有很强的抗环境搅扰才干。可是，它的一大下风是单环路仅答应单向通讯（来自传感器或发送至执行器），只能传输一个进程变量。
HART规范的引进供给了一种创立”智能”发射器的办法，办法是增加数字通讯功用，同享用于传统4 mA至20 mA仪器的同一根双绞线。4 mA至20 mA模仿电路由1 mA峰峰值FSK信号进行调制 — 而不中止原始主变量传输 — 一起依然为环路作业留下裕量。HART协议已经成为在智能设备和操控或监控体系之间经过模仿线路发送和接纳数字信号的全球规范。
HART调制解调器IC内部结构
AD5700-1 完好HART调制解调器IC（图2）集成了一切必需的滤波、信号检测、解谐和信号发作功用，然后明显减少了所需的外部元件数量。它选用小型4 mm × 4 mm、24引脚LFCSP封装，仅需求2 V至5.5单电源供电，在–40°C至+125°C的扩展温度规模内作业。
发射途径
图2显现了调制触及的首要模块：FSK直接数字组成 (DDS)引擎、DAC（开关电阻串类型）和缓冲区。要发送的数字数据经过UART输入。调制器经过将RTS（恳求发送）信号拉低来使能。调制器将TXD输入端的UART编码HART数据位流通换成一系列二进制1200 Hz（”1″）和2200 Hz（”0″）信号音（见图3）。DDS在任何一种频率下生成正弦数字字流，DAC将其转换为大约493 mV的p-p模仿正弦波。此正弦波信号在内部进行缓冲并在HART_OUT引脚上输出。该DDS引擎自身会发生接连相位信号，因而在频率之间切换时避免了呈现任何输出不接连。在HART_OUT进步行内部缓冲的首要优势是发生很高的驱动才干，无需外部模仿缓冲，也不会呈现它们带来的问题。HART_OUT引脚直流偏置至0.75 V，并应容性耦合至负载。有关更多详细信息，请拜见AD5700/AD5700-1数据手册。
接纳途径
当RTS处于逻辑高电平时，调制器禁用，解调器使能，也就是说调制解调器处于接纳形式。接纳器在HART_IN引脚上解调FSK调制信号。在此形式下，相关模块是内部带通滤波器、ADC和DSP引擎。CD高电平（载波检测）表明检测到有用载波。解调数据经过UART接口上的RXD引脚发送至主处理器。
咱们挑选该接纳架构的意图是让AD5700能够抵挡恶劣工业环境中的噪声和搅扰。经过结合运用模仿滤波和数字滤波，能够在RXD引脚上完成超卓的灵敏度和高度准确的输出。HART位流之前是一个规范UART帧，该帧包含一个开始位、8位数据、一个奇偶校验位和一个中止位。在解调形式下，调制解调器具有两个滤波器装备选项：内部滤波器（HART信号施加于HART_IN）和外部滤波器（滤波HART信号直接施加于ADC_IP）。外部滤波器形式支撑在防爆和本安型环境中运用AD5700。它包含150 kΩ电阻，这样能够将电流约束在满意低水平，以恪守实质安全要求。主张将此选项用于对安全至关重要的运用的操作，调制解调器有必要与环路电源的高电压隔脱离。这种情况下，输入端具有更高的瞬态电压维护功用，因而即使是在要求最严苛的工业环境中，也无需额定的维护电路。
其他模块
图2中显现的其他三个模块是上文提及的UART接口、内部基准和振荡器。RTS和TXD是用于调制的重要信号，而CD和RXD则对解调十分重要。AD5700能够接纳外部2.5 V基准，只要在AVDD电源大于2.7 V时才干运用。对内部或外部基准选项的运用受REF_SEL针脚的极性操控。关于时钟，该器材支撑多个计划，以完成简略的低本钱可装备解决计划。AD5700能够运用外部晶体、陶瓷谐振器或CMOS输入。AD5700-1是首款集成内部低功耗0.5%精细振荡器的HART调制解调器IC，降低了所需的外部电路以及全体本钱。很多片上集成功用明显简化了HART兼容体系的规划，然后供给愈加牢靠和经济高效的安稳网络解决计划。
低功耗运用示例
低功耗十分重要，由于环路供电的一切电路的功耗有必要低于3.5 mA。图4显现了环路中的HART通讯运用示例。在AD5700操控板上，AD5700 HART调制解调器与AD542116位串行输入环路供电型4 mA至20 mA DAC和ADuCM360微操控器接口衔接，以演示用于丈量压力（”0″）和温度（”1″）的两个同享数据通道的环路供电型发射器电路。
该电路已经过兼容性测验和验证，并注册为HART通讯基金会认证的HART解决计划。产品注册的详细信息在它们的网站上供给。
在此类4 mA至20 mA环路供电型运用中，最重要的约束是整个电路的功耗有必要低于3.5 mA（”低限报警”设置，比4 mA的信号下限低0.5 mA）。在此类运用中，AD5700的低功耗标准极为重要。在满意功耗标准方面，每微安都十分重要，假如规划中的每个IC都抽取满意小的电流，则不会超越3.5 mA的预算，运用将能正常运转。典型的发射和接纳电流分别为124 µA和86 µA，相应的最大指定耗用电流分别为140 µA和115 µA，AD5700不会对全体电流预算发生很大影响。
定论
除了业界功耗最低的HART调制解调器IC之外，ADI公司还供给完好HART解决计划功用，包含 微操控器产品, 放大器, 精细基准, 开关, ADC, 和电流-输出 DAC. AD5700 HART调制解调器能够轻松与以下器材接口：AD5421，在上文所述的环路供电型智能发射器运用示例中运用； AD5422 116位电压输出和电流输出DAC，用于现场外表或模仿I/O卡； AD5755-1 16位四通道DAC，选用立异的动态电源操控技能，用于多通道运用。此外，能够无缝匹配的元件也可用于整个信号链。与AD5700/AD5700-1结合运用时，它能够简化体系规划和增强牢靠性，完成安稳HART兼容体系的快速轻松布置。
我约请您在工程师 技能论坛 上的 ADI社区 就 HART调制解调器宣布谈论。
AD5700单芯片HART调制解调器作为智能现场外表演示解决计划的一部分，向HART通讯基金会注册。它成为业界功耗最低的完好HART调制解调器，完全符合HART通讯协议，可在高噪声的恶劣工业环境中准确编码和解码HART通讯信号，保证快速而易于施行的牢靠通讯接口，并向HART通讯基金会注册。它需求的外部元件数比较代替解决计划减少了60%，并可节约超越75%的电路板空间。
