Обзор

Ресурсы проектирования

Файлы проектирования и интеграции

  • Схема
  • Спецификация
  • Файлы Gerber
  • Файлы Allegro
  • Сборочный чертеж
Загрузить файлы проектов undefined

Оценочные платы

Буква "Z" в наименовании компонента указывает на соответствие требованиям RoHS. Отмеченные платы нужны для оценки данной схемы

  • EVAL-ADICUP3029 ($45.00) ADuCM3029 Arduino Form Factor Compatible Development System
  • EVAL-CN0414-ARDZ ($110.00) PLC Input Module with HART and Open Wire Detection
Проверка наличия и приобретение

Драйверы устройств

ПО (код на С и/или FPGA) для связи с цифровым интерфейсом компонента.

Драйверы AD4111 для микроконтроллеров без использования ОС

Особенности и преимущества

  • Четырехканальный модуль
  • Входы рассчитаны на +/- 10 В, 4-20 мА
  • Совместим с HART
  • Встроенная функция обнаружения обрыва провода

Техническая документация

Функции и преимущества схемы

Схема, показанная на рисунке 1, представляет собой готовую, полностью изолированную и легко настраиваемую четырехканальную систему аналогового ввода, подходящую для применения в составе программируемых логических контроллеров (ПЛК) и распределённых систем управления (DCS), в которых требуется организовать несколько входных каналов измерения напряжения с возможностью обнаружения обрыва провода и совместимостью с диапазоном токовых входов интерфейса HART (от 4 мА до 20 мА), при этом все эти каналы будут иметь защиту от перенапряжений во время переходных процессов или перегрузки по току, а также подходить для применения в самых жестких промышленных условиях.

Каждый канал состоит из одного дифференциального или двух несимметричных входов для измерения напряжения и одного входа для измерения тока. Все каналы измерения напряжения имеют уникальную функцию, называемую функцией обнаружения обрыва провода, которая обнаруживает отключение внешнего датчика или источника сигнала от входа системы. Предотвращение ситуаций, связанных с обрывом провода, упрощает диагностику благодаря встраиванию методов обнаружения обрыва провода в прикладное программное обеспечение пользователя без необходимости использования внешних схем, что снижает затраты на разработку и обслуживание системы, а также уменьшает ее размеры и сложность.

Схема аналогового ввода позволяет измерять напряжение по четырем каналам, при этом система может работать со следующими диапазонами изменения напряжения: ±5 В, ±10 В, от 0 В до +5 В, от 0 В до +10 В, а также позволяет измерять ток по четырем каналам, при этом система может работать со следующими диапазонами изменения тока: от 4 мА до 20 мА и от 0 мА до 20 мА. Все входные каналы осуществляют измерения относительно изолированного заземления входов и гальванически изолированы от последующих цепей хост-системы.

Благодаря совместимости с HART этот модуль представляет собой готовое решение для полевых систем связи, которое характеризуется простотой в использовании, имеет низкую стоимость и высокую надежность.

Схема питается от стандартной шины 24 В со встроенной схемой фильтрации и защиты. Поскольку на многих фабриках и промышленных предприятиях питание ПЛК/РСУ осуществляется от стандартной шины 24 В, этот модуль легко интегрировать в любую существующую систему. Данный модуль также может питаться от других стандартных источников питания с выходным напряжением в диапазоне от 12 В до 28 В.

Рисунок 1. Четырехканальный входной аналоговый интерфейс для измерения напряжения и тока, применимый в составе ПЛК/РСУ (упрощенная схема: все соединения и гальваническая развязка не показаны)

Описание схемы

Аналого-цифровой преобразователь

В основе данной схемы лежит малопотребляющий, малошумящий, 24-битный сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь (АЦП) AD4111 со встроенными аналоговыми входными каналами, позволяющими измерять напряжение в диапазоне ±10 В и ток в диапазоне до 20 мА.

AD4111 настраивается программно и позволяет использовать четыре полностью дифференциальных или восемь несимметричных входных каналов измерения напряжения с функцией обнаружения обрыва провода, а также четыре входных канала измерения тока, обеспечивающих широкие возможности измерения благодаря встроенному мультиплексору.

AD4111 имеет регистры внутренней калибровки, которые можно запрограммировать для обеспечения коррекции смещения и усиления для всего входного тракта, в который также входит схема согласования внешнего сигнала. Этот АЦП имеет компактный корпус LFCSP размером 6 мм × 6 мм, что делает его идеальным для применения в оборудовании, в котором пространство ограничено.

Встроенная система тактирования и встроенный прецизионный источник опорного напряжения 2,5 В позволяют значительно сократить количество внешних компонентов и дают возможность сэкономить место на печатной плате. Два программируемых вывода общего назначения (GPO0 и GPO1) позволяют управлять вспомогательной схемой без необходимости в использовании дополнительных линий управления от процессора/контроллера.

В схеме CN-0414 GPO0 и GPO1 используются для включения/выключения мультиплексоров ADG704, которые позволяют одному HART-модему AD5700-1 работать со всеми четырьмя входными каналами измерения тока.


Схема ввода напряжения

Рисунок 2. Эквивалентная схема ввода напряжения
Рисунок 2. Эквивалентная схема ввода напряжения (упрощенная)


Схема, представленная на рисунке 2, имеет четыре дифференциальных входа и может работать с напряжением, изменяющимся в диапазоне до ±10 В. Гарантированное входное сопротивление составляет минимум 1 МОм.

Диоды D1 и D2 защищают входной канал во время переходных процессов с высоким напряжением.

Функционирование цепи фильтрации синфазного шума на входе определяется компонентами R1 || RIN_ADC / C1 и R2 || RIN_ADC / C2, а ее частота среза составляет приблизительно 190 кГц. Функционирование цепи фильтрации дифференциального шума определяется компонентами R1 || RIN_ADC, R2 || RIN_ADC и C5, а ее частота среза составляет приблизительно 18 кГц.

В таблице 1 приведены параметры и рабочие характеристики четырех входных каналов для измерения напряжения.

Таблица 1. Параметры цепи ввода напряжения
Параметр Значение Единица измерения Условия испытаний / Комментарии
Входной импеданс >1 МОм
Входной диапазон ±10 В
Ошибка смещения ±.15 мВ 25 °C, неоткалиброванно
Дрейф смещения ±7 мкВ/°C
Ошибка усиления ±0.05 % от полного диапазона Внутренняя калибровка в полном диапазоне, 25 °C
Дрейф усиления ±1 ppm/°C
Фильтр на входе 18 кГц Дифференциальный

190 кГц Синфазный


Схема ввода тока

Рисунок 3. Эквивалентная схема ввода тока
Рисунок 3. Эквивалентная схема ввода тока (упрощенная)


Схема, представленная на рисунке 3, имеет четыре канала ввода тока, которые могут работать с током, изменяющимся в диапазоне от 0 мА до 24 мА. Входное сопротивление цепи составляет 250 Ом (60 Ом для AD4111), а измерение на входном канале осуществляется относительно земли.

Диод D1 и предохранитель F1 защищают входной канал во время любых переходных процессов, при которых могут происходить скачки напряжения или тока.

В данном случае используется встроенный токоизмерительный резистор с сопротивлением 50 Ом, в результате чего при входном токовом сигнале 24 мА выходное напряжение будет составлять 1,2 В, и это значение находится в пределах полного диапазона 2,5 В стабилизатора ADP2441 (при использовании встроенного источника опорного напряжения 2,5 В).

Входной тракт позволяет передавать сигналы в рамках всей входной полосы пропускания сигма-дельта АЦП. Для подавления частот интерфейса HART 1,2 кГц и 2,2 кГц также можно использовать внутренние sinc-фильтры. Модель фильтра для AD4111 представлена в разделе «Инструменты и моделирование» на странице продукта AD4111. В разделе «Инструменты и моделирование» найдите раздел «Инструменты проектирования» для поиска оптимального решения для подавления частот интерфейса HART.

В таблице 2 приведены параметры и характеристики входных каналов для измерения тока.

Таблица 2. Параметры цепи ввода тока
Параметр Значение Единица измерения Условия испытаний / Комментарии
Входной импеданс 250 Ом Относительно земли
Ошибка смещения ±2 мкА
Дрейф смещения ±3 нА/°C
Ошибка усиления ±0.02 % от полного диапазона Внутренняя калибровка в полном диапазоне, 25 °C
Дрейф усиления ±10 ppm/°C
Фильтр на входе 5.6 кГц


Функция обнаружения обрыва провода

Функция обнаружения обрыва провода представляет собой диагностическую функцию системного уровня, которая позволяет обнаружить то, что внешний датчик или источник сигнала был отключен от входного канала системы. AD4111 обладает уникальной функцией, которая позволяет обнаруживать обрыв провода на входах с напряжением ±10 В при работе от одного источника питания с напряжением 5 В или 3,3 В, которому при имеющейся схемотехнике требуется напряжения питания более ±10 В.

Функция обнаружения обрыва провода поддерживается в программном обеспечении пользователя. Обрыв провода на входе обнаруживается путем сравнения абсолютной разницы напряжения между двумя входными каналами с пороговым значением. Предлагаемый порог составляет 300 мВ. Если разница будет больше этого порога, в программном обеспечении пользователя будет установлен флаг события обрыва провода.

Предоставляемый исходный код программного обеспечения демонстрирует, как реализовать функцию обнаружения обрыва провода, описанную в технической документации на AD4111, то есть функцию, которая упрощает разработку аппаратной и программной частей, позволяя сократить затраты, уменьшить размеры оборудования, а также сократить сложность и время разработки.

На рисунке 4 показана схемотехника входного канала для измерения напряжения, необходимая для реализации функции обнаружения обрыва провода на канале 1 при работе с несимметричными или дифференциальными сигналами.

Рисунок 4. Эквивалентная схема ввода напряжения с цепью обнаружения обрыва провода
Рисунок 4. Эквивалентная схема ввода напряжения с цепью обнаружения обрыва провода


Например, для обнаружения обрыва провода при работе с несимметричными сигналами, в данном случае на канале 0 (VIN0) и канале 15 (VINCOM), необходимо разрешить прием данных, изменение состояний, обнаружение обрыва провода, работу входных буферов, настроить режим и разрешить работу источника опорного напряжения в соответствующих регистрах, а затем вычислить разность напряжений между каналом 0 и каналом 15. Если эти два входных канала будут «висеть в воздухе», появится разница напряжений более 300 мВ, что приведет к установлению флага, свидетельствующего об обрыве провода. В противном случае, если к этим каналам будет подключен датчик или источник сигнала, разница напряжений будет ниже 300 мВ, в результате чего флаг обрыва провода будет находиться в сброшенном состоянии.

Для реализации функции обнаружения обрыва провода при работе с дифференциальными сигналами алгоритм будет тем же, но единственное различие будет лишь заключаться в том, что разница напряжений, которую необходимо вычислить, будет определяться между каналом 1 (VIN0) и каналом 2 (VIN1).

Когда используется функция обнаружения обрыва провода, необходимо назначить два канала на измерение напряжения на каждой входной линии. Входные линии также должны быть назначены конкретным парам каналов, чтобы функция обнаружения обрыва провода работала должным образом.

Для измерения несимметричных входных сигналов и обнаружения обрыва провода при соответствующих измерениях необходимо использовать следующие пары каналов:

  • Канал 15 и канал 0
  • Канал 1 и канал 2
  • Канал 3 и канал 4
  • Канал 5 и канал 6
  • Канал 7 и канал 8
  • Канал 9 и канал 10
  • Канал 11 и канал 12
  • Канал 13 и канал 14

Для измерения дифференциальных входных сигналов и обнаружения обрыва провода при соответствующих измерениях необходимо использовать следующие пары каналов:

  • Канал 1 и канал 2
  • Канал 5 и канал 6
  • Канал 9 и канал 10
  • Канал 13 и канал 14

Кроме того, при измерении дифференциальных входных сигналов входные линии должны быть сконфигурированы в следующие дифференциальные пары для обеспечения правильной работы:

  • VIN0 и VIN1
  • VIN2 и VIN3
  • VIN4 и VIN5
  • VIN6 и VIN7

После настройки AD4111 полученные данные должны быть обработаны в пользовательском программном обеспечении с целью реализации функции обнаружения обрыва провода. Обрыв провода на входе обнаруживается путем сравнения абсолютной разницы напряжений между двумя входными каналами с пороговым значением. Предлагаемое пороговое значение составляет 300 мВ. Этот порог составляет приблизительно 100000 (0x0186A0) в десятичном формате выходного сигнала АЦП при работе в биполярной конфигурации с опорным напряжением 2,5 В и AVDD = 5 В. Данное пороговое значение составляет примерно 200000 (0x030D40) в десятичном формате при работе в однополярной конфигурации.


Схема ввода и вывода сигналов интерфейса HART

HART представляет собой протокол двунаправленной связи, который позволяет организовать обмен данными между двумя устройствами, поддерживающими работу с HART. Как правило, в качестве таких устройств выступают интеллектуальные полевые устройства и системы управления или мониторинга.

HART широко используется в технологическом и контрольно-измерительном оборудовании, которое может применяться как в небольших системах автоматизации, так и в сложных промышленных системах. HART обеспечивает два канала связи с одновременной передачей, а именно аналоговый и цифровой каналы.

Токовый сигнал, изменяемый в диапазоне от 4 мА до 20 мА, передает изначально измеренное значение как аналоговое значение тока, при этом передача осуществляется по проводам, по которым также обеспечивается питание прибора. Хост-система в свою очередь преобразует значение тока в значение измеряемой физической величины в соответствии с параметрами, определенными программным обеспечением HART. Цифровая информация передается путем кодирования цифрового сигнала, как правило, с использованием метода известного как частотная манипуляция (FSK), по тем же проводам, по которым передается аналоговый токовый сигнал. Цифровой сигнал содержит информацию от устройства, в том числе изначально измеренное значение, информацию о состоянии устройства, диагностическую информацию, а также дополнительные измеренные или рассчитанные значения.

Совместное использование этих двух каналов связи позволяет реализовать полнофункциональное решение для связи между полевыми устройствами, которое можно легко разработать и просто использовать, при этом оно будет дешевым и чрезвычайно надежным. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт организации HART Foundation.

AD5700-1 представляет собой HART-совместимый модем, характеризующийся сверхнизким энергопотреблением и малыми размерами, который в данном случае подключен к токовым входным каналам AD4111, что позволило сформировать HART-совместимое решение для приема сигналов 4-20 мА. В AD5700-1 встроен прецизионный генератор тактовых сигналов, что позволяет еще больше сэкономить место на печатной плате, что в свою очередь является полезным свойством, особенно при использовании данного устройства в изолированных системах.

Линия HART мультиплексируется между четырьмя входными каналами для измерения тока. Сигналы входных и выходных цепей интерфейса HART распределяются между четырьмя каналами с помощью двух мультиплексоров ADG704 (SW1 и SW2 на рисунке 5).

Рисунок 5. Входные и выходные цепи интерфейса HART
Рисунок 5. Входные и выходные цепи интерфейса HART (упрощенные)


Входная цепь HART состоит из полосового фильтра HART, состоящего из R3, C1, C2, R4 и R5. Информация об этом фильтре приведена в технической документации на AD5700-1.

Ключ SW1 используется в каждом канале для переключения входной цепи HART на активный канал HART.

Резистор R3 с сопротивлением 150 кОм присутствует на каждом канале и является частью полосового фильтра HART, при этом он также обеспечивает дополнительную защиту ключа SW1.

Входная линия интерфейса HART подключается непосредственно к токовой входной линии, что гарантирует получение требуемых уровней напряжения на выводе ADC_IP модема AD5700-1.

Ключ SW2 используется в каждом канале для переключения выходной цепи HART на активный канал HART. Конденсатор C3 обеспечивает емкостную передачу сигнала HART.

Благодаря сочетанию компонентов R1, C3, R6 и R7 обеспечивается гарантия того, что напряжение на выводе HART_OUT модема AD5700-1 не упадет ниже GND при появлении на входе сигнала 4-20 мА с частотой 25 Гц (такой сигнал имеет самую быструю допустимую скорость нарастания напряжения для устройств с поддержкой HART).


Схема источника питания

Плата питается от источника постоянного тока с выходным напряжением от 9,5 до 36 В и использует встроенный импульсный стабилизатор для питания системы напряжением 7,5 В, как показано на рисунках 6 и 7. В испытательной установке напряжение питания 7,5 В подается на плату EVAL-ADICUP3029. В свою очередь плата EVAL-ADICUP3029 обеспечивает стабилизированное напряжение 3,3 В для линии питания VIO (вывод IOREF на рисунке 7) и 5 В, используемые остальной частью схемы.

Понижающий DC/DC стабилизатор ADP2441 может работать с входным напряжением промышленного стандарта 24 В с широким допуском по входному напряжению. ADP2441 понижает входное напряжение до напряжения 7,5 В с током 1 А, которое используется для питания платы платформы, при этом с помощью стабилизатора на 5 В, обычно присутствующий на Arduino-совместимых платформах, обеспечивается напряжение 5 В, которое используется для остальной части EVAL-CN0414-ARDZ. В состав данной схемы также входят фильтры и цепи защиты на линиях питания 24 В.

Высокая частота переключения стабилизатора ADP2441 позволяет минимизировать пульсации выходного напряжения даже при использовании небольших дросселей.

При выборе размеров дросселя следует соблюдать компромисс между КПД и скоростью переходного процесса. Чем меньше будут размеры дросселя, тем будут больше пульсации тока дросселя, что приведет к повышению скорости переходного процесса, но снизит КПД. Из-за высокой частоты переключения ADP2441 рекомендуется использовать дроссели с экранированным ферритовым сердечником благодаря низким потерям в сердечнике и низким электромагнитным помехам.

В схеме, представленной на рисунке 6, частота переключения составляет приблизительно 550 кГц при использовании внешнего резистора 162 кОм. Значение индуктивности дросселя 33 мкГн взято из технической документации на ADP2441. Схема подключается к источнику питания с выходным напряжением в диапазоне от 9,5 до 36 В (как правило, от 12 до 28 В) с помощью винтовых клемм. Клемма EARTH может быть подключена к внешнему заземлению или к клемме GND, если внешнее заземление не используется.

Рисунок 6. Схема источника питания
Рисунок 6. Схема источника питания (упрощенная схема: все соединения не показаны)


Силовые дроссели, варисторы, силовой диод и предохранитель на 1,1 А обеспечивают дополнительную защиту входа от переходных процессов с высоким напряжением.

Рисунок 7. Дерево питания и конфигурации для платы CN-0414
Рисунок 7. Дерево питания и конфигурации для платы CN-0414


Плата EVAL-CN0414-ARDZ может получать питание тремя способами, как показано на рисунке 7 и описано в таблице 3. В любом случае EVAL-CN0414-ARDZ будет питаться от EVAL-ADICUP3029 или любой другой базовой платы, совместимой с форм-фактором Arduino.

Если к EVAL-CN0414-ARDZ или EVAL-ADICUP3029 подключено большее количество источников питания, то они будут подавать питание в соответствии с приоритетом. Тот источник, который обеспечит максимальное значение напряжения, будет выбран для питания схемы.

Таблица 3. Варианты питания CN0414
Источник питания Питание от USB Питание от цилиндрического разъема Питание от клеммного блока
ADICUP3029 с USB (5 В) Подключено Подключено только для передачи данных Подключено только для передачи данных
ADICUP3029 с цилиндрическим разъемом (от 7 В до 12 В) Н/Д Подключено Н/Д
CN0414 с клеммным блоком (от 12 В до 28 В) Н/Д Н/Д Подключено


Гальваническая развязка

Изолятор ADuM5411 обеспечивает гальваническую развязку линий интерфейса SPI (SCLK, SDI, SDO, CS), а также обеспечивает изолированное питание 5 В благодаря технологии isoPower®, при этом изолятор ADuM3151, основанный на технологии SPIsolator®, обеспечивает гальваническую развязку линий интерфейса HART и сигналов управления. Эти изоляторы позволяют значительно сэкономить место на печатной плате по сравнению с решениями на основе дискретных трансформаторов. Для получения дополнительной информации прочитайте статью в журнале Analog Dialog «Схема модуля аналогового ввода для ПЛК и РСУ позволяет решить задачи, связанные со сложностью организации межканальной изоляции и обеспечением высокой плотности размещения компонентов».


Проверка шумовых характеристик

Программное обеспечение CN-0414, работающее на платформе ADICUP3029, имеет функцию захвата нескольких выборок. Большинство терминальных программ имеют возможность записывать полученные данные в файл. Эти полученные данные можно затем импортировать в электронную таблицу или другую программу для анализа.

Оценку шума системы можно выполнить, закоротив входные клеммы для каждого канала, вследствие чего дифференциальное напряжение входных каналов для измерения напряжения станет равным нулю, линии входных каналов для измерения тока будут заземлены. Получите данные при закороченных входах и на основе заданного количества выборок вычислите разброс цифровых значений и разрешение в цифровом формате без шума.

Среднеквадратическое значение шума на входе АЦП можно вычислить, определив стандартное отклонение для большого количества выборок. В итоге можно получить разброс цифровых значений и разрешение в цифровом формате без шума для каждого канала, а данные отобразить в виде гистограммы. На рисунках 8 и 9 показаны гистограммы с отображением данных выборок, полученных на входе измерения напряжения и входе измерения тока канала 1.

Рисунок 8. Вход измерения напряжения канала 1, входы закорочены, скорость преобразования 31,25 kSPS, фильтр Sinc5 + 1, 2000 выборок
Рисунок 8. Вход измерения напряжения канала 1, входы закорочены, скорость преобразования 31,25 kSPS, фильтр Sinc5 + 1, 2000 выборок


Рисунок 9. Вход измерения тока канала 1, входы закорочены, скорость преобразования 31,25 kSPS, фильтр Sinc5 + 1, 2000 выборок
Рисунок 9. Вход измерения тока канала 1, входы закорочены, скорость преобразования 31,25 kSPS, фильтр Sinc5 + 1, 2000 выборок


В таблицах 4 и 5 показано сравнение шумовых характеристик AD4111, указанных в технической документации, и фактических шумовых характеристик, полученных при использовании платы CN-0414.

Таблица 4. Зависимость разрешения по среднеквадратическому шуму на входе измерения напряжения ±10 В схемы CN0414 от скорости преобразования при использовании фильтра Sinc5 + Sinc1
Скорость преобразования (выб/с или sps) Согласно документации (мкВ) Канал 1 (мкВ) Канал 2 (мкВ) Канал 3 (мкВ) Канал 4 (мкВ)
31,250 106 108.52 122.15 132.7 111.8
15,625 94 96.59 108.42 116.42 95.76
10,417 82 84.3 92.27 86.64 81.91
5208 62 60.95 63.09 65.31 61.7
2597 47 54.98 56.65 55.12 54.26
1007 27 30.08 31.06 30.55 29.37
504 21 21.46 21.65 21.25 20.75
381 17 18.43 18.1 18.36 17.86
200.3 13 13.17 13.54 13.23 13.26
100.2 8 9.6 9.77 9.74 9.94
59.52 7 8.21 8.04 7.52 8.3
49.68 7 6.95 7.08 7.59 7.09
20 4 5.2 5.5 4.95 6.49
16.67 4 5.18 4.92 4.88 4.6
10 3.7 3.65 4.52 5.32 4.58
5 3.4 5.47 5.36 3.76 4.13
2.5 2.4 3.38 3.6 3.77 3.75
1.25 2.3 3.6 5.03 3.27 4.14


Таблица 5. Зависимость разрешения по шуму на входе измерения тока 4-20 мА схемы CN0414 от скорости преобразования при использовании фильтра Sinc5 + Sinc1
Скорость преобразования (выб/с или sps) Согласно документации (мкВ) Канал 1 (мкВ) Канал 2 (мкВ) Канал 3 (мкВ) Канал 4 (мкВ)
31,250 155 188.07 190.23 188.82 183.33
15,625 136 162.33 165.41 164.15 166.78
10,417 113 138.19 145.44 140.42 137.43
5208 84 105.15 103.63 105.9 108.61
2597 75 89.44 91.07 90.6 91.4
1007 43 53.12 51.21 51.23 51.76
504 29 34.4 35.32 36.91 34.39
381 21 30.46 29.61 30.48 30.82
200.3 18 22.18 22.12 22.03 22.47
100.2 13 15.27 15.51 15.4 15.48
59.52 10 11.77 11.72 11.87 11.83
49.68 9 10.83 10.78 11.05 11.04
20 6 6.86 6.8 6.82 7.5
16.67 5.3 6.8 6.71 6.84 6.82
10 4.6 4.88 5.32 5.16 5.33
5 3 3.73 3.74 3.65 3.94
2.5 2.8 2.95 2.83 2.67 3.1
1.25 2.7 2.29 2.13 2.34 2.29


Проверка функционирования интерфейса HART

Функционирование интерфейса HART было протестировано в соответствии со спецификацией испытаний физического уровня HART (HCF-TEST-2). Более подробную информацию о спецификациях HART можно получить, обратившись непосредственно в организацию HART Communication Foundation, или прочитав техническую статью «Токовый вход 4-20 мА с изменяемой полосой пропускания и простой совместимостью с интерфейсом HART».

В рамках испытаний на соответствие физическому уровню HART проверяются формы сигналов, моменты начала/окончания/затухания несущей, переходный процесс начала/окончания несущей, выходной шум при отсутствии других сигналов, значения импеданса, чувствительность к шуму, уровень обнаружения несущей, моменты начала/окончания обнаружения несущей и другие параметры.

Полный пакет поддержки разработки с использованием платы EVAL-CN0414-ARDZ, в который входят схемы, спецификация и файл маршрутизации, можно загрузить с сайта по ссылке http://www.analog.com/CN0414-DesignSupport.

Основные варианты исполнения

Если не требуется функция обнаружения обрыва провода в режиме измерения напряжения, то можно использовать АЦП AD4112. Также можно использовать решение с меньшей степенью интеграции, например, представленное в CN0364, которое будет занимать большую площадь на печатной плате, но может быть оптимизировано для работы с более широкой полосой пропускания входного сигнала.

Если требуется обработка данных с более высокими скоростями, то можно использовать АЦП AD7175-2. AD7175-2 может работать со скоростью преобразования данных до 250 kSPS при максимальной скорости сканирования каналов 50 kSPS. AD7175-2 может достигать разрешения 17,2 битов (без шума) при скорости 250 kSPS. По другим своим характеристикам AD7175-2 аналогичен AD7173-8.

В оборудовании, где требуется гальваническая развязка шин питания мощностью более 150 мВт, можно использовать устройства семейства ADuM5400 (в том числе ADuM5400, ADuM5401, ADuM5402, ADuM5403 и ADuM5404) или устройства семейства ADuM3470 (в том числе ADuM3470, ADuM3471, ADuM3472, ADuM3473 и ADuM3474). В основе устройств семейства ADuM5400 лежит технология isoPower, которая позволяет организовать изоляцию шин питания мощностью до 500 мВт. Устройства семейства ADuM3470 позволяют управлять внешним дискретным трансформатором, обеспечивающим передачу питания мощностью до 2 Вт при КПД до 70%.

Оценка параметров и тестирование схемы

В схеме, представленной на рисунке 10, используется оценочная плата EVAL-CN0414-ARDZ и плата EVAL-ADICUP3029.

Программное обеспечение CN-0414 обеспечивает взаимодействие с платой EVAL-ADICUP3029, в рамках которого осуществляется настройка и сбор данных с оценочной платы EVAL-CN0414-ARDZ.

Предоставляемое программное обеспечение предназначено для платформы EVAL-ADICUP3029, но его легко портировать на другие микроконтроллерные платформы.

При портировании программного обеспечения на другие платформы обязательно внимательно проверьте совместимость аппаратного обеспечения, в том числе совместимость по уровням напряжения и по функциональности.


Необходимое аппаратное обеспечение

  • ПК с портом USB и операционной системой Windows® 7 (32-разрядная версия) или выше
  • Программа последовательного терминала, такая как Tera Term или Putty
  • Оценочная плата EVAL-CN0414-ARDZ
  • Оценочная плата EVAL-ADICUP3029 или любая другая плата, совместимая с Arduino
  • Кабель Micro USB
  • Программное обеспечение CN-0414 или готовый hex-файл
  • Источник питания с выходным напряжением от 9,5 В до 36 В и током 1 А
  • Прецизионный источник напряжения и тока (для формирования входных сигналов)


Начало работы

Установите программное обеспечение CN-0414. Затем следуйте инструкциям, приведенным на https://wiki.analog.com/resources/eval/user-guides/evaladicup3029/tools/cces_user_guide для установки и дальнейшего использования программного обеспечения. Для получения дополнительной информации и подробных сведений о настройке изучите руководство пользователя CN-0414.


Функциональная блок-схема

На рисунке 10 показана функциональная блок-схема испытательной установки.

Рисунок 10. Функциональная блок-схема испытательной установки
Рисунок 10. Функциональная блок-схема испытательной установки


Настройка

Рисунок 11. Фотография оценочной платы EVAL-CN0414-ARDZ
Рисунок 11. Фотография оценочной платы EVAL-CN0414-ARDZ


Программное обеспечение CN-0414 и плата EVAL-ADICUP3029 позволяют собирать и анализировать данные с помощью ПК. На рисунке 11 показана фотография оценочной платы EVAL-CN0414-ARDZ.

Ниже приведены основные шаги, необходимые для выполнения настройки:

1. Если перемычки на плате не установлены, достаньте перемычки из коробки и установите их так, как показано на рисунке 12.

Рисунок 12. Положение перемычек на плате EVAL-CN0414-ARDZ по умолчанию

Рисунок 12. Положение перемычек на плате EVAL-CN0414-ARDZ по умолчанию


2. Подключите оценочную плату EVAL-CN0414-ARDZ к плате EVAL-ADICUP3029 так, как показано на рисунке 13.

Рисунок 13. Плата EVAL-CN0414-ARDZ, подключенная к плате EVAL-ADICUP3029
Рисунок 13. Плата EVAL-CN0414-ARDZ, подключенная к плате EVAL-ADICUP3029


3. Подключите источник сигнала. Прецизионные источники напряжения и тока могут использоваться для генерации входных сигналов для аналогового интерфейса с целью оценки характеристик системы. На рисунке 14 выход источника постоянного тока подключен ко входу измерения тока канала 1, а выход источника напряжения подключен к входам измерения напряжения канала 4 для проведения измерения дифференциального напряжения

Рисунок 14. Пример подключения входов аналоговых сигналов
Рисунок 14. Пример подключения входов аналоговых сигналов


4. Подключите источник сигнала HART. Схема CN-0267 (готовый полевой прибор с питанием от токовой петли 4-20 мА и интерфейсом HART) может быть подключена, как показано на рисунке 15, с целью проведения простой проверки функциональности физического уровня HART. Аппаратное обеспечение CN-0267 отвечает на команды HART, отправляемые с помощью программного обеспечения CN-0414.

Рисунок 15. Пример подключения линий интерфейса HART
Рисунок 15. Пример подключения линий интерфейса HART

Образцы

Образцы

Продукт

Описание

Доступный продукт
Модели для образца

ADG704 CMOS, Low Voltage 2.5 Ω 4-Channel Multiplexer

ADG704BRMZ

ADP2441 Синхронный понижающий стабилизатор постоянного напряжения, 36 В/1 А

ADP2441ACPZ-R7

ADUM3151 3.75 kV, 7-Channel, SPIsolator Digital Isolators for SPI (with 2/1 Aux channel directionality)

ADUM3151ARSZ

ADUM3151BRSZ

ADuM5411 Устойчивый к внешним воздействиям четырехканальный изолятор с интегрированным преобразователем постоянного напряжения, 1 обратный канал, 2.5 кВ ср.кв.

ADUM5411BRSZ

AD5700-1 Малопотребляющий HART модем с прецизионным внутренним генератором

AD5700-1ACPZ-RL7

AD5700-1BCPZ-R5

AD4111 Малопотребляющий 24-разрядный сигма-дельта АЦП с функцией детектирования обрыва цепи, диапазоны измерения ±10 В и 0 - 20 мА

AD4111BCPZ

Функционирование раздела Покупка возможно только в полной версии сайта
Оценочные платы Цена указана за одну единицу.
Назад
Проверить наличие
Через сайт Analog.com можно приобрести не более двух оценочных плат. Чтобы заказать более двух оценочных плат, пожалуйста, совершайте покупку через наших дистрибьюторов.
Цены указаны за одну штуку, в долларах США, на условиях ФОБ. Являются рекомендованными розничными ценами в США, приведены только для примерного расчета и могут меняться. Международные цены могут отличаться на величину местных пошлин, налогов, сборов и курсов валют.