前文中,我们对SYM20C15的HART协议原理进行了介绍,这里我们主要阐述一下SYM20C15工作过程。那么我们知道HART协议是一个具有调制解调特点的通信协议。那么我们就分为调制部分和解调部分,对这两者进行一下分析。
SYM20C15工作过程
SYM20C15是专为实现HART协议而设计的低功耗调制解调器。它包含几乎怕有在4~20mA模拟现场仪表上叠加HART通信协议所需的电路,只需外接少量元件即可构成HART协议的完整应用。SYM20C15包含4个主要模块:时钟模块、调制器模块、解调器模块、载波检测模块。
(1)调制过程
当INRTS引脚为低电平时,调制器工作,解调器关闭。调制器模块接收由ITXD引脚输入的不归零制(NRZ)数字信号,生成FSK调制信号由OTXA引脚输出。图1为调制过程波形。
ITXD引脚为高电平时,OTXA引脚输出1200Hz的梯形波;ITXD引脚为低电平时,OTXA引脚输出2200Hz的梯形波。OTXA输出通常需要和放大器或缓冲器进行交流耦合,输出电压幅度由IAREF引脚上的参考电压决定,其波形示意如图2所示。
图2中VQ为OTXA上的静态电压(非调制状态),VREF为IAREF引脚上的参考电压。VREF为1.235V时,VQ为0.5V,信号电压0.25~0.75V,这正好满足HART协议主设备连接到网络上的电压要求。但由于OTXA没有足够的驱动能力直接接入HART网络,所以需要连接一个缓冲放大器。在工业现场仪表的应用中,通常将OTXA上的0.5V峰-峰电压输出转换为1mA峰-峰电流输出。
(2)解调过程
图3为解调过程波形。当INRTS引脚为高电平时,解调器工作,调制器关闭。接收到的信号需经过一个带通滤波器。这个滤波器的一部分被集成到SYM20C51内部,其余元件外接,用以降低电源变化带来的影响。整个带通滤波器由1个单极点低通滤波器和1个四极点高通滤波器构成。SYM20C15需要IAREF和ICDREF两个电压参考源。IAREF为芯片内部的放大器和比较器提供电压基准,通常为1.235V。ICDREF用于载波检测,应比IAREF低0.08V。图4为SYM20C15解调电路原理图。#p#
(3)载波检测
当IRXAC上的电压小于ICDREF时,图4中的比较器CDCMP输出逻辑电平。这个输出被引入一个载波检测模块,当INRTS为高且有4个连续脉冲到达时,OCD置高,下一个有效脉冲必须在2.5ms内被接收才能使OCD保持高电平。
(4)时钟模块
芯片正常工作需要460.8kHz的时钟信号,可在引脚OXTL和IXTL间连接1个晶体或隐瓷谐振器,或在引脚OXTL上连接外部时钟,同时将引脚IXTL接地。
SYM20C15应用电路
图5为使用SYM20C15设计的一个HART协议从设备的典型应用电路。SYM20C15的UART接口可以很谁地与微处理器进行连接。