CN0267

ADuCM360には非常に柔軟な高性能のアナログ・フロントエンドが組み込まれており、12本のアナログ入力ピンと、電圧リファレンスおよびグラウンド・スイッチ用の追加ピンを備えています。そのため、抵抗ブリッジ・センサー、抵抗温度センサー、熱電対など、タイプの異なる複数のアナログ・センサーに直接接続することができます。したがって、このフィールド計測器ソリューションはほとんどあらゆるセンサー・フィールド計測器に使用できる為、温度補正型の圧力測定だけに限定する必要はありません。

アナログ・フロントエンドに必要なシグマ・デルタ（ΣΔ）ADCが1つだけのアプリケーションでは、ADuCM360の代わりにADuCM361を使用することができます。ADCが1つだけである点を除けば、ADuCM361はADuCM360のすべての機能を備えています。

トランジスタを外付けしたADuCM361のオンチップDACを使用すれば、4 mA～20 mA ループを制御できます。詳細については CN-0300 を参照してください。

AD5421 は、保護機能を介して直接ループに接続できます。あるいは、図2 に示すように、AD5421 とループ電源の間にディプリー ション型N チャンネルMOSFET を接続することができます。この構成で追加MOSEFT を使用すればAD5421 の電圧降下が約12 V になり、AD5421 パッケージで消費する電力が減少するため、4mA～20 mA アナログ出力の精度が向上します。また、ループ内 で許容できる最大電圧がMOSFET の定格レベルまで増大します。追加のMOSFET がHART 通信に影響を与えることはありません。

この回路では、AD5700 を3.8664 MHz の水晶発振器とともに使用しています。これは消費電力を最も低く抑えることができる構成です。あるいは、精度0.5 %の内部発信器を組み込んだAD5700-1を使用することもできます。内部発信器を使用すると、水晶発振器の場合と比較してモデムの電源電流が最大225 μA まで増加しますが、外付けの水晶発振器が不要になるためコストを削減でき、ボードの使用面積も少なくなります。

ループ電源を使用しないアプリケーションには、4 mA～20 mA DAC としてはAD5410、AD5420、AD5422、AD5755が最適です。

回路ハードウェア

図 1 に示した回路は、図3 に示す DEMO-AD5700D2 ZPC ボード に搭載されています。

DEMO-AD5700D2Z 回路基板には、システム評価を容易にするための追加機能がいくつか含まれています。0.1 インチ・ピッチの コネクタを使用しているため、オプションでプライマリセンサーとセカンダリセンサーを接続できます。また、HART 適合テスト に必要なHART RTS およびCD 用のテスト・ポイントが設けられています。

DEMO-AD5700D2Z のエッジにあるコネクタを使用すれば、ADuCM360 のシングルワイヤとUART でダウンロード／デバッグ信号にアクセスできるため、ソフトウェアの開発、コードのダウンロード、回路内でのデバッグやエミュレーションが容易になります。このコネクタと、DEMO-AD5700D2Z ボードに同梱されている小型のヘッダー・エクステンダは、EVAL-ADuCM360QSPZ 評価キットなど、アナログ・デバイセズのCortex-M3 をベースとしたすべての開発ツールに使用できます（ 評価キットは、 DEMO-AD5700D2Z ボードには含まれていません）。

これらの機能は図1 の簡略図には含まれていませんが、CN-0267設計支援パッケージの完全な回路図には示されています。この設計支援パッケージにはフィールド計測器の完全なC コード例も含まれており、このコードを使用すれば、回路に含まれるすべてのハードウェア・ブロックと機能のあらゆる検証と評価、およびHART インターフェース機能の一部の検証を行うことができます。HART インターフェースの仕様とリソースの詳細については、HCF（HART Communication Foundation）にお問い合わせください。

HART 仕様への適合性

DEMO-AD5700D2Z は、HART 物理層テスト仕様（HCF_TEST-2、Revision 2.2）に指定された方法と装置を使用して、HART FSK 物理層仕様（HCF_SPEC-054、Revision 8.1）への適合性が確認されています。ボードはHCF に提出され、正式に登録されていま す。

登録された回路は、HFC（HART Communication Foundation）のウェブサイトの製品カタログにDEMO-AD5700D2Z という製品 名で掲載されています。

2 つのテストの結果は、サイレンス・テスト時の出力ノイズとアナログ変化率に関わるものでした。

サイレンス・テスト時の出力ノイズ

HART デバイスが送信を行っていない（サイレンス）ときは、ネットワークにノイズが混入しないようにする必要があります。過度 のノイズは、そのデバイス自体のHART 信号受信、またはネットワーク上のほかのデバイスの信号受信を妨げる恐れがありま す。

ループ内にある500 Ω 負荷の両側で測定した電圧ノイズに含まれる広帯域ノイズと相関ノイズの合計は、HART の拡張周波数帯 域において2.2 mV RMS を超えてはなりません。さらに、HART拡張周波数帯域外でも138 mV RMS を超えないようにする必要が あります。

ノイズは、True-RMS メーターを使用し、500 Ω 負荷の両側で測定しました。このノイズは、帯域外ノイズについては直接測定し、 帯域内ノイズについてはHCF_TOOL-31 フィルタを通して測定しました。また、ノイズ波形を確認するためにオシロスコープも 使用しました。

ノイズは不利な条件、つまり4 mA 出力電流で測定しています。測定したノイズ波形を図4 に、結果の概要を表1 に示します。

アナログ変化率テスト

最悪時のアナログ出力電流の変化は、HART の拡張周波数帯域に おいて500 Ω 負荷の両側で測定したときに、ピークで15 mV を 超える擾乱を発生しないものでなければなりません。

AD5421 DAC と出力ドライバは比較的高速です。したがって、要 求されるシステム仕様を満たすために、AD5421 に実装される ハードウェア・スルーレートの制限と、ADuCM360 ソフトウェ アによって実装されるデジタル・フィルタを組み合わせることに よって出力電流変化を制御します。

ハードウェア・スルーレートの制限は、AD5421 のCIN ピンに接 続した容量によって設定します。アナログ出力電流値に大きなス テップ変化が求められる場合は、ADuCM360 のソフトウェアが、 AD5421 DAC に送られる出力電流変化を複数の小さな後続ス テップに分割します。

このテストは、HCF_TOOL-31 フィルタを介して500 Ω 負荷に接 続したオシロスコープを使用して行いました。

結果を図5 に示します。波形CH1 は4 mA と20 mA の間の周期 的なステップを示しています。これは、500 Ω 負荷の両側で直接 測定したものです。波形CH2 は、HCF_TOOL-31 フィルタ出力か ら取り込んだ信号で、ピーク値150 mV の制限値内で10 倍に増 幅されています。

回路の消費電力

1 つは、AD5421 の内蔵電圧レギュレータの出力を測定する方法 です。

4 mA の最小アナログ出力電流と0.5 mA ピークのHART 出力AC 変調を考慮すると、ノーマル・モード動作における回路の最大消 費電流は3.5 mA 未満でなければなりません。AD5421 自体の動作 には最大0.3 mA の電流が必要です。したがって、AD5421 の REG_OUT 出力として使用できる最大電流は約3.2 mA になります。

回路内の測定を容易にするために、DEMO-AD5700D2Z には、 REG_OUT 出力フィルタの10 Ω 抵抗の両側にテスト・ポイント（T5、 T6）が設けられています（図6 を参照）。この設定により、抵抗 での電圧降下を測定して電流を計算することができ、電源電流を 遮断したり回路を停止したりする必要はありません。

結果は表2 に示すとおりです。測定条件を以下に示します。

• REG_OUT = 3.3 V
• ADuCM360 のM3 コア・クロック = 2 MHz
• ADC は2 つとも毎秒50 サンプルで変換を実行
• ADC0 のバッファは両方ともオンで、ゲイン = 8
• ADC1 のバッファは両方ともオンで、ゲイン = 16
• RTD 励起電流 = 200 μA
• SPI とAD5421 はシリアル・クロック = 100 kHz で通信
• HART 通信

入力センサーを含め、使用するアナログ・ブロックとデジタル・ ブロックはすべて、最小4 mA のループ電流時に許容されるバ ジェット内で電源電流を消費します。

回路の消費電流を評価するもう1 つの方法では、HART 通信を行 いながら、アナログ出力電流を最小の4 mA に設定した状態で回 路が予想どおり機能するかどうかを検証しました。結果は、回路 が4 mA の電流を供給したことを示しており、HART 出力信号の 歪みは認められませんでした。

プライマリセンサーの入力性能

ADuCM360 は、大部分のアナログ・フロントエンドをチップ上 に内蔵しています。したがって、アナログ入力の性能は、主に ADuCM360 の仕様によって決定されます。

アナログ・フロントエンドとボード上のほかの回路の相互作用に よって影響を受ける可能性がある主な要素は、ノイズ・レベルで す。したがって、試験にあたっては、ノイズとそれに関係するシ ステムの分解能を中心としました。

デモは、HART 通信を介してプライマリアナログ入力からデータ （kPa 単位で圧力を表す）を転送する形で構成され、100 個のサン プルを取得して、性能を定量化するための基本的なデータ分析を 実施しました。2 つのテストの要領を以下に示します。

• 最初のテストは、標準圧力センサー（Honeywell 24PCDFA6D） をボード上に直接ハンダ付けして実施。
• 2 つめのテストは、図7 に示すように、固定抵抗と可変抵抗 のセットによって生成されたプライマリ入力信号を使用し て実施。

性能の概要を表3 に、信号プロットを図8 と図9 に示します。

セカンダリセンサーの入力性能

このアナログ入力は、HART 通信経路を経由して温度を摂氏（°C） で伝送するように構成されています。分析は、性能を定量化する ために、100 個のサンプルからなる2 つのテストについて行いま した。

最初のテストはボード上の白金製100 Ω センサーを使用して行 い、2 番目のテストはボード上のセンサーを標準の（固定）100 Ω ± 1%抵抗に置き換えて実施しました。

性能の概要を表4 に、信号プロットを図10 と図11 に示します。