基于HART協議SYM20C15的工作流程
前文中,我們對SYM20C15的HART協議原理進行了介紹,這里我們主要闡述一下SYM20C15工作過程。那么我們知道HART協議是一個具有調制解調特點的通信協議。那么我們就分為調制部分和解調部分,對這兩者進行一下分析。
SYM20C15工作過程
SYM20C15是專為實現HART協議而設計的低功耗調制解調器。它包含幾乎怕有在4~20mA模擬現場儀表上疊加HART通信協議所需的電路,只需外接少量元件即可構成HART協議的完整應用。SYM20C15包含4個主要模塊:時鐘模塊、調制器模塊、解調器模塊、載波檢測模塊。
(1)調制過程
當INRTS引腳為低電平時,調制器工作,解調器關閉。調制器模塊接收由ITXD引腳輸入的不歸零制(NRZ)數字信號,生成FSK調制信號由OTXA引腳輸出。圖1為調制過程波形。
ITXD引腳為高電平時,OTXA引腳輸出1200Hz的梯形波;ITXD引腳為低電平時,OTXA引腳輸出2200Hz的梯形波。OTXA輸出通常需要和放大器或緩沖器進行交流耦合,輸出電壓幅度由IAREF引腳上的參考電壓決定,其波形示意如圖2所示。
圖2中VQ為OTXA上的靜態電壓(非調制狀態),VREF為IAREF引腳上的參考電壓。VREF為1.235V時,VQ為0.5V,信號電壓0.25~0.75V,這正好滿足HART協議主設備連接到網絡上的電壓要求。但由于OTXA沒有足夠的驅動能力直接接入HART網絡,所以需要連接一個緩沖放大器。在工業現場儀表的應用中,通常將OTXA上的0.5V峰-峰電壓輸出轉換為1mA峰-峰電流輸出。
(2)解調過程
圖3為解調過程波形。當INRTS引腳為高電平時,解調器工作,調制器關閉。接收到的信號需經過一個帶通濾波器。這個濾波器的一部分被集成到SYM20C51內部,其余元件外接,用以降低電源變化帶來的影響。整個帶通濾波器由1個單極點低通濾波器和1個四極點高通濾波器構成。SYM20C15需要IAREF和ICDREF兩個電壓參考源。IAREF為芯片內部的放大器和比較器提供電壓基準,通常為1.235V。ICDREF用于載波檢測,應比IAREF低0.08V。圖4為SYM20C15解調電路原理圖。#p#
(3)載波檢測
當IRXAC上的電壓小于ICDREF時,圖4中的比較器CDCMP輸出邏輯電平。這個輸出被引入一個載波檢測模塊,當INRTS為高且有4個連續脈沖到達時,OCD置高,下一個有效脈沖必須在2.5ms內被接收才能使OCD保持高電平。
(4)時鐘模塊
芯片正常工作需要460.8kHz的時鐘信號,可在引腳OXTL和IXTL間連接1個晶體或隱瓷諧振器,或在引腳OXTL上連接外部時鐘,同時將引腳IXTL接地。
SYM20C15應用電路
圖5為使用SYM20C15設計的一個HART協議從設備的典型應用電路。SYM20C15的UART接口可以很誰地與微處理器進行連接。