ADI推出支持HART现场仪表应用的信号链解决方案

关于ADI混合信号处理技术产品解决方案
Analog Devices AD8232心率监护仪前端是针对ECG和其他生物电势测量应用的集成式信号调理模块。

它可在高噪声条件下提取、放大和过滤小生物电势信号，例如运动或远程电极放置所产生的电势信号。

这种设计可以提供超低功耗模数转换器（ADC）或嵌入式微控制器，从而轻松获得输出信号。

AD8232可以实现双极高通滤波器，用以消除运动伪影和电极半电池电势。

此滤波器与放大器的仪表架构紧密耦合，可以在单级中实现大增益和高通滤波，从而节省空间和成本。

AD8232可以通过无使用约束运算放大器创建三极低通滤波器，用以消除额外的噪声。

用户可以选择所有滤波器的截止频率，以适应不同类型的应用。

为了改善系统中线路频率的共模抑制及其他不需要的干扰，AD8232
包括一个适合驱动引导应用的放大器，比如右腿驱动（RLD）。

AD8232包括快速恢复功能，可以缩短高通滤波器较长的建立尾部持续时间。

在信号急剧变化使放大器导轨接通后（如开始条件），AD8232会自动调整到更高的滤波器截止频率。

AD8232可以通过该功能快速恢复，因此，在将电极连接至对象后，可以立刻进行有效测量。

Analog Devices AD8232低功耗心率监护仪AFE 的体积比同类竞争解决方案小50%，最高可节省20%功耗。

凭借功耗、尺寸和集成度方面的优。

电路笔记CN-0382Circuits from the Lab® reference designs are engineered and tested for quick and easy system integration to help solve today’s analog, mixed-signal, and RF design challenges. For more information and/or support, visit /CN0382.连接/参考器件AD7124-4 集成PGA和基准电压源的低功耗24位Σ-Δ型ADCAD5421 16位、环路供电、4 mA至20 mA DAC AD5700 低功耗HART调制解调器SPI隔离器ADuM1441ADP162超低静态电流、150 mA CMOS线性稳压器ADG5433高压防闩锁型三通道SPDT开关Rev. 0Circuits from the Lab® reference designs from Analog Devices have been designed and built by Analog Devices engineers. Standard engineering practices have been employed in the design and construction of each circuit, and their function and performance have been tested and veri ed in a labenvironment at room temperature. However, you are solely responsible for testing the circuit and determining its suitability and applicability for your use and application. Accordingly, in no event shall Analog Devices be liable for direct, indirect, special, incidental, consequential or punitive damages due to any cause whatsoever connected to the use of any Circ uits from the Lab circuits. (Continued on last page) One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 Fax: 781.461.3113 ©2015 Analog Devices, Inc. All rights reserved.采用低功耗、精密、24位Σ-Δ型ADC的隔离式4 mA至20 mA/HART工业温度和压力变送器评估和设计支持电路评估板DEM O-AD7124-DZ评估板设计和集成文件原理图、布局文件、物料清单、代码示例电路功能与优势图1所示电路是一种隔离式智能工业现场仪表，可与许多类型的模拟传感器，如温度传感器(Pt100、Pt1000、热电偶)或桥式压力传感器等接口。

HART技术及原理HART（Highway Addressable Remote Transducer）技术是一种数字通信协议，用于在现场仪表和监测系统之间进行双向通信。

它是一个混合协议，可以传输模拟量和数字量信号，同时也支持通过数字通信发送和接收设备参数、状态和诊断信息。

HART技术的原理是通过同轴电缆传输数字信号。

在标准4-20mA的模拟信号线路中，HART技术利用载波叠加的方法，在模拟信号线的相同线路上通过调制和解调数字信号。

这样，可以将模拟信号与数字信号同时传输到远程监控系统。

HART技术的优点之一是它的兼容性。

现场仪表通常使用4-20mA的模拟信号进行数据传输，而HART技术可以在现有的模拟信号线路上实现数字通信，而不需要修改线路或更换设备。

这使得HART技术成为一种非常方便的解决方案，可以更新和升级现有的控制系统。

HART技术还提供了远程参数调整和诊断功能。

通过数字通信，操作员可以远程访问和调整设备的参数设置。

这使得维护和管理工作更加方便和高效。

此外，HART技术还可以通过数字信号传输设备的状态和诊断信息，如设备故障、维护需求等，从而实现实时监测和故障诊断。

HART技术的另一个优点是它的适应性。

它可以与各种现有的控制系统和设备直接集成，如PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分布式控制系统）、SCADA（监控与数据采集系统）等。

这使得HART技术成为一种非常灵活和可靠的通信解决方案。

总的来说，HART技术是一种创新的数字通信协议，通过模拟信号线路传输数字信号，实现了现场仪表和监测系统之间的双向通信。

它具有兼容性强、远程参数调整和诊断功能等特点，广泛应用于工业自动化和控制领域。

HART技术的出现和发展，使得现场仪表的监测和控制更加方便、高效和可靠。

HART协议简介及HART智能仪表的组成原理【摘要】HART协议是由模拟系统向数字系统转变过程中唯一向后兼容的智能仪表解决方案,它在提供现场总线的好处时,保留对现有4～20mA 系统的兼容性。

对于一个典型的HART 智能仪表,其电路组成一般包括电源模块、传感器接口电路、A/D转换、MCU、D/A 输出等。

关键词: HART协议智能仪表现场总线1 前言70 年代中期,工业过程控制仪表发展成为统一的两线制4～20mA标准信号,促进了工业过程控制系统的发展。

但是从80 年代开始,随着微电子学的发展,大量含有微处理器的智能变送器、控制器和集散系统(DCS)得到了普遍应用。

现场设备与控制室自动化设备间需要传输的信息量也急剧增加。

由于原有的4～20mA模拟电流回路,只能在一根两芯电缆中单向传输一个参数,已经不能适应这种要求,所以在现场设备和控制系统之间,迫切需要一种全数字化的、双向、多变量的通信规程,来代替现有的4～20mA模拟传输方式。

在这种需求的推动下,随着计算机网络技术的不断进步,现场总线技术得到了迅速发展。

HART ( HIGHWAY ADDRESSABLE REMOTE TRANSDUCER,可寻址远程传感器通路)是用于现场智能仪表和控制室设备间通信的一种工业标准通信协议,它并不是严格意义上的现场总线协议,而只是一种过度性的现场总线标准。

2 HART协议简介虽然HART 协议只是一种由模拟系统向数字系统转变过程中的过渡协议,但是由于HART 协议是唯一向后兼容的智能仪表解决方案,即它可以在提供现场总线的优越性的同时,保留对现有4-20mA 系统的兼容性。

而且与模拟仪表相比,HART 智能仪表在成本不增加太大的前提下,具有易于调试维护和更高的精度的优点,因而在当前的过渡时期具有较强市场竞争力,在目前智能仪表市场上占有很大的份额。

HART协议使用了ISO/OSI模型的第1、2、7 层,即物理层、数据链路层和应用层。

高性能RF检波器ADL5511（ADI）Analog Devices, Inc. (ADI)，最新推出一款高度集成的高性能RF 检波器ADL5511，它适合无线、仪器仪表、防务和其它宽带应用。

ADI 公司的这一新款TruPwr 均方根和包络检波器（以RF 信号为输入并提供信号包络作为输出的电子电路）在一个小尺寸芯片中集成了2 种RF 功能，不仅简化了设计，而且降低了物料成本，使其集成度和功能均达到了相当高度。

如何改善高功率放大器的PAE（功率附加效率）仍旧是无线和宽带设备制造商目前所面临的一项巨大挑战。

新一代WiMAX 系统和LTE 移动数据和语音系统开始采用OFDM（正交频分复用）调制，从而支持大量副载波。

这类调制信号峰均比很高，而这会造成PA（功率放大器）的发射功率远远低于其最大功率，进而导致PA 效率下降。

为了改善PA 效率，现在日益流行采用包络检波器。

在漏极调制架构中，包络检波器会在RF 信号输入时调节PA 电源，从而仅向PA 提供正确发射该RF 信号所需的功率。

而在传统架构中，为了确保PA 可以正确发射峰值功率，PA 偏置到很高的功率水平，但在发射较低RF 功率时却无法降低PA 偏置。

包络输出ADI 公司的新款TruPwr 均方根和包络检波器ADL5511 提供了一种改善PAE 的独特方法，不仅可以在1-MHz 到4-GHz 频率范围内工作，而且尺寸更小、成本更低，使您能够高度精确而轻松地提取调制信号的包络。

包络输出以电压形式表示，电压大小与输入信号的包络成正比。

均方根输出以V/V 输出电压的线性形式表示，与输入信号的峰均比无关。

提取出的包络可用于改善功率放大器的线性化和效率，而均方根输出可用于真实功率测量。

ADL5511 具有同类最佳性能，在工作温度范围内均方根检波精度和包络检波精度均为±0.25 dB，且40 dB 时动态范围为± 1 dB。

ADL5511 的额定工作温度范。

HART现场总线技术随着自动化技术的不断发展，现场总线技术的逐渐成熟已成为21世纪自动化领域中的主导技术；随着仪表智能化和通信数字化技术的发展，现场总线已经发展成为集计算机网络、现场控制、生产管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System），FCS系统改变了传统的信息交换方式、信号制式和系统结构，改变了传统的自动化功能、概念和结构、形式，也改变了系统的设计和调试方法。

根据国际电工委员会IEC的标准和现场总线基金会的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输多分支结构的通信网络。

现场总线控制系统FCS与传统控制系统相比，他使用了数字化的信号传输技术，采用了分散化的系统结构，使系统具有方便的互操作性、开放的互联网络、多种信号传输介质和拓扑结构等优点，但是其相应地应用要求也很高。

FCS要求现场仪表，包括变送器和执行器，是传输全数字化信号的智能装置。

基于420mA的模拟设备还广泛应用于工业控制各个领域的今天，要快速实现全数字化是不现实的。

为满足从模拟到全数字的过渡，我们需要一种既支持新型智能仪表的数字信号又兼容传统的模拟信号的过渡期协议，1986年Rosemount公司提出的HART协议就是最具代表性和普遍性的一种。

一、HART总线技术特点HART （Highway Addressable Remote Transducer）协议是可寻址远程变送器数据通道协议的简称，是美国Rosement公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间双向通信的协议规程。

他是在4～20mA的模拟信号上叠加FSK （Frequency Shift Keying，频移键控）数字信号，可以兼容模拟和数字两种信号。

1993年成立了HART 通信基金会HCF （HART Communication Foundation），随着越来越多公司的加盟，基于HART协议产品的增多，他的重要性得到了普遍的认同。

ADI方案1. 简介ADI（Analog Devices, Inc.）是一家全球领先的模拟技术解决方案提供商。

该公司专注于模拟和数字信号处理技术，为各行业的应用提供高性能、高精度的解决方案。

ADI的产品范围包括模拟集成电路（IC）、数字信号处理器（DSP）、数据转换器以及各种传感器等。

本文将介绍ADI方案的特点和应用领域。

2. 特点2.1 高性能ADI方案以高性能闻名于世。

其模拟和数字信号处理技术在精度、速度和可靠性方面处于行业领先地位。

无论是高速数据转换器还是高精度传感器，ADI都致力于提供最佳的性能，以满足客户对精确度和可信度的要求。

2.2 广泛的产品线ADI提供了广泛的产品线，覆盖了多个应用领域。

其产品范围包括但不限于模拟集成电路、数字信号处理器、放大器、数据转换器、传感器、电源管理器件等。

无论您在哪个行业，ADI都能提供适合您需求的解决方案。

2.3 完善的技术支持ADI在技术支持上投入了大量的资源。

无论是在产品选择阶段还是在集成和应用调试阶段，ADI的工程师都能提供专业的建议和帮助。

ADI还为客户提供丰富的技术培训和在线资源，以确保客户能够充分利用ADI的产品和技术。

2.4 高度可靠性ADI的产品以高度可靠性著称。

通过严格的质量控制和可靠性测试，ADI确保其产品在各种极端条件下都能正常工作。

这使得ADI的产品在各种应用领域中被广泛采用，并受到客户的高度信赖。

3. 应用领域ADI的解决方案在许多不同的应用领域中得到了广泛应用。

以下是一些典型的应用领域：3.1 工业自动化ADI的高性能模拟和数字信号处理方案在工业自动化领域具有广泛的应用。

无论是工业控制系统、机器人技术还是工业网络，ADI的产品都能提供精确、可靠的解决方案，提升生产效率和产品质量。

3.2 医疗设备ADI提供了针对医疗设备的高性能解决方案。

无论是心电图仪、血压计还是医疗成像设备，ADI的产品都能提供高精度的测量和信号处理，帮助医疗行业提供更好的医疗服务。

ADI公司的ADAQ4003μModule®精密数据采集(DAQ)信号链解决方案,可降低精密测量系统的开发周期,优化元件选择和布局.ADAQ4003能保证18位无失码,吞吐速率为2 MSPS,无流水线延迟.动态功耗调节,2 MSPS 时待确定功耗为mW,积分非线性为±0.5 LSB,1 kHz 时SINAD为100 dB(增益 = 0.9),1 kHz时的总谐波失真为−120 dB,100kHz 时为 -100 dB.ADAQ4003具有信号缩放功能的集成式全差分ADC驱动器,增益/衰减为G = 0.45、0.9,1 和 1.9,增益误差为0.005%(典型值),增益漂移为1ppm/C(典型值),兼容串行接口 SPI-/QSPI™-/MICROWIRE™-/DSP,具有宽输入共模范围,高共模抑制和单端到差分转换.小型 49 球 7x7mm 0.8mm 间距 BGA 封装,宽工作温度范围为−40C 至 +125C.主要用在自动测试(ATE),机器自动化,过程控制,医疗仪器和数字控制回路.本文介绍了ADAQ4003主要特性,功能框图,以及各种增益单端到差分配置图以及差分配置图,以及评估模块EVAL-ADAQ4003FMCZ主要特性,框图,电路图,材料清单和PCB设计图.The ADAQ4003 is a μModule® precision data acquisition (DAQ), signal chain solution that reduces the development cycle of a precisionmeasurement system by transferring the signal chain design challenge of component selection, optimization, and layout from the designer to thedevice.Using system-in-package (SIP) technology, the ADAQ4003 reduces end system component count by combining multiple common signalprocessing and conditioning blocks into a single device. These blocksinclude a high resolution 18-bit, 2 MSPS successive approximation register (SAR), analog-to-digital converter (ADC), a low noise, fully differential ADC driveramplifier (FDA), and a stable reference buffer.Using Analog Devices, Inc., iPassives® technology, the ADAQ4003 also incorporates crucial passive components with superior matching and drift characteristics to minimize temperature dependent error sources and tooffer optimized performance (see Figure 1). Housing this signal chainsolution in a small, 7 mm × 7 mm, 0.80 mm pitch, 49-ball CSP_BGA enables compact form factor designs without sacrificing performance andsimplifies end system bill of materials management. This level of systemintegration makes the ADAQ4003 much less sensitive to printed circuitboard (PCB) layout while still providing flexibility to adapt to a wide range of signal levels.The serial peripheral interface (SPI)-compatible, serial user interface is compatible with 1.8 V, 2.5 V, 3 V, or 5 V logic, using a separate VIO supply. Specified operation of ADAQ4003 is from −40C to +125C.ADAQ4003主要特性:Improved design journeyFully differential ADC driver with selectable input rangeInput ranges with 5 V VREF: ±10 V, ±5 V, or ±2.5 VEssential passive components includedADI ADAQ4003μModule数据采集解决方案Wide input common-mode voltage rangeHigh common-mode rejection ratio Single-ended to differential conversion Increased signal chain densitySmall, 7 mm × 7 mm, 0.80 mm pitch, 49-ball CSP_BGA 4× footprint reduction vs. discrete solutionOn-board reference buffer with VCM generation High performanceThroughput: 2 MSPS, no pipeline delay Guaranteed 18-bit no missing codes SINAD: 99 dB typical (G = 0.454)Gain error drift: ±0.5 ppm/C typicalLow total power dissipation: 51.6 mW typical at 2 MSPS Serial interface SPI-/QSPI™-/MICROWIRE™-/DSP-compatible Versatile logic interface supply with 1.8 V, 2.5 V, 3 V, or 5 VADAQ4003应用:Automatic test equipment Machine automation Process controls Medical instrumentation Digital control loops图1.ADAQ4003功能框图图2.ADAQ4003 G=0.454单端到差分配置图。