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HART調(diào)制解調(diào)器SYM20C15應用設計
摘要：介紹HART調(diào)制解調(diào)器芯片SYM20C15的工作原理及其電路模塊，給出其典型應用電路。該芯片專為實現(xiàn)HART協(xié)議而設計，與微處理器的接口簡單、功耗低，被大量應用于HART智能儀表。工業(yè)控制儀表普通采用4～20mA標準。為拓展現(xiàn)有儀表功能，在模擬信號基礎上須增加數(shù)字通信能力。目前，大量使用的Rosemount公司研制的HART（High Addressable Remote Transducer）現(xiàn)場通信協(xié)議。SYM20C15是專為實現(xiàn)HART協(xié)議而設計的調(diào)制解調(diào)器芯片。
1 HART通信協(xié)議簡介
HART通信協(xié)議使用頻移鍵控FSK（Frequency Shift Keying）技術(shù)，將數(shù)字信號變換為音頻信號，疊加到現(xiàn)場變送器和控制室之間的4～20mA電流環(huán)上來作數(shù)字通信。協(xié)議規(guī)定的信號頻率（1200Hz代表1，2200Hz代表0）和傳輸速率（1200bit/s）符合美國Bell 202標準。這些音頻正弦波的平均值為零，所以在現(xiàn)存的模擬信號中不增加直流成分，因此，在2根線上可以同時傳送互不影響的模擬和數(shù)字信號。正是由于HART協(xié)議的這種優(yōu)點，使它成為工業(yè)現(xiàn)場廣泛應用的、事實上的工業(yè)標準。
2 SYM20C15引腳說明和特點
（1）SYM20C15引腳說明
SYM20C15為28腳PLCC封裝，其引腳說明如表1所列。
表1 SYM20C15引腳說明
供電電源5.0V時接2.5V12ICDREF輸入載波檢測參考電壓IAREF-ICDREF=80mV13OCBIAS 設置工作電流電源3.3V時連接500kΩ電阻到地；電源5.0V時連接1MΩ電阻到地15,22VDDA,VDD 電源接3.3V或5.0V16IRXA輸入模擬接收濾波器輸入 17ORXAF輸出模擬接收濾波器輸出 18IRXAC輸入模擬接收比較器輸入 19OXTL輸出振蕩器輸出460kHz20IXTL輸入振蕩器輸入或接外部時鐘21Vss 地 23INRTS輸入發(fā)送請求低電平選擇調(diào)制工作方式24ITXD輸入調(diào)制器輸入 26ORXD輸出解調(diào)器輸出 27OSD輸出載波檢測
（2）SYM20C15特點
*符合HART協(xié)議物理層規(guī)范；
*單片CMOS、低功耗、FSK調(diào)制解調(diào)器；
*符合Bell 2020標準，傳輸率1200bit/s，半雙工；
*單電源3.3～5V供電；
*需外部提供460.8kHz時鐘；
*5V供電時TTL兼容。
3 SYM20C15工作過程
SYM20C15是專為實現(xiàn)HART協(xié)議而設計的低功耗調(diào)制解調(diào)器。它包含幾乎怕有在4～20mA模擬現(xiàn)場儀表上疊加HART通信協(xié)議所需的電路，只需外接少量元件即可構(gòu)成HART協(xié)議的完整應用。SYM20C15包含4個主要模塊：時鐘模塊、調(diào)制器模塊、解調(diào)器模塊、載波檢測模塊。
（1）調(diào)制過程
當INRTS引腳為低電平時，調(diào)制器工作，解調(diào)器關閉。調(diào)制器模塊接收由ITXD引腳輸入的不歸零制（NRZ）數(shù)字信號，生成FSK調(diào)制信號由OTXA引腳輸出。圖1為調(diào)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(tài)電壓（非調(diào)制狀態(tài)），VREF為IA
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