Schaltungstipp

Stromschleifen gespeistes Feldgerät mit HART-Schnittstelle

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Häufige Varianten

Der ADuCM360 verfügt über ein leistungsstarkes, sehr flexibles analoges Front-End mit 12 analogen Eingängen und zusätzlichen Anschlüssen für Spannungsreferenz und Masseschalter. Der Chip ermöglicht den direkten Anschluss mehrerer Analogsensoren wie resistive Brückensensoren, Widerstandsthermometer oder Thermoelemente. Man sollte die Lösung nicht ausschließlich auf temperaturkompensierte Druckmessungen begrenzen, da sie für fast jeden Sensor verwendet werden kann.

Der ADuCM361 kann in Anwendungen, die nur einen Sigma-Delta-ADC in der analogen Eingangsstufe benötigen als Alternative zum ADuCM360 verwendet werden. Abgesehen vom zweiten A/D-Wandler enthält der ADuCM361 alle Funktionen des ADuCM360.

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Der D/A-Wandler im ADuCM361 kann mit einem externen Transistor zur Steuerung der 4/20mA-Schleife verwendet werden. (siehe CN-0300).

Der AD5421 kann über den Schutz direkt an die Schleife angeschlossen werden. Alternativ lässt sich ein N-Kanal-MOSFET zwischen den AD5421 und die Versorgung der Schleife schalten (Bild 2). Mit dem zusätzlichen MOSEFT in dieser Konfiguration wird der Spannungsabfall über dem AD5421 auf etwa 12 V gehalten. Außerdem wird die Verlustleistung des AD5421 reduziert. Somit ergibt sich eine höhere Genauigkeit am 4/20mA-Analogausgang. Erhöht wird auch die maximal in der Schleife zulässige Spannung – auf den Wert des MOSFETs. Der zusätzliche MOSFET hat keine Auswirkungen auf die HART-Kommunikation.

Der AD5700 wird in dieser Schaltung in Verbindung mit einem 3,8664-MHz-Quarz verwendet. Diese Konfiguration kommt mit der geringsten Energie aus. Alternativ kann der AD5700-1 mit einem integrierten 0,5%-Präzisionsoszillator verwendet werden. Der interne Oszillator erhöht die Stromstärke des Modems im Vergleich zum Quarzoszillator um maximal 225 μA. Da kein externer Quarz erforderlich ist, spart diese Option Kosten und reduziert den Platzbedarf auf der Leiterplatte.

Für Anwendungen ohne Schleifenspeisung sind die Bauteile AD5410, AD5420, AD5422 oder AD5755 eine gute Wahl für den 4/20mA-DAC.

Schaltungsevaluierung und Test

Die Schaltung in Bild 1 basiert auf dem in Bild 3 gezeigten Board DEMO-AD5700D2Z.

Das Board DEMO-AD5700D2Z enthält einige zusätzliche Funktionen für eine leichte System-Evaluierung. Die Stecker mit 2,54 mm Raster ermöglichen optional primäre und sekundäre Sensorverbindungen. Testpunkte für HART RTS und CD können für HART-Konformitätstests verwendet werden.

Ein Steckverbinder an der Seite des Boards ermöglicht den Zugang zu Eindraht- und UART-Download/Debug-Signalen. Dies gestattet eine einfache Software-Entwicklung, Code Download und In-Circuit-Debugging sowie Emulation. Der Stecker ist mit einem im DEMO-AD5700D2Z enthaltenen kleinen Header Extender kompatibel zu allen Cortex-M3-basierten Entwicklungstools von Analog Devices wie etwa das EVAL-ADuCM360QSPZ Evaluation-Kit (das Evaluation-Kit ist nicht im Lieferumfang des DEMO-AD5700D2Z Boards enthalten).

Diese Funktionen sind im vereinfachten Blockdiagramm in Bild 1 nicht gezeigt. Man kann sie jedoch im vollständigen Blockdiagramm im Design Support Package CN-0267 sehen. Das Design Support Package enthält auch ein komplettes C-Code-Beispiel für das Feldgerät. Dieses ermöglicht die vollständige Verifikation und Evaluierung aller Hardware-Blöcke und Leistungsmerkmale der Schaltung und eine begrenzte Verifikation der Funktionen der HART-Schnittstelle. Detaillierte Informationen über die HART-Schnittstellenspezifikationen und Ressourcen erhält man von der HART Communication Foundation.

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