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技術乾貨|工控芯片國產替代,晶華微為工控企業智能化轉型賦能

2020年11月18日 15:15 次閲讀

當下國際供應鏈斷裂,我國工業控制系統卡脖子現象進一步加劇,一大批優質的工控企業受制於人,更凸顯出中國在工業控制領域的短板。

作為工業控制系統的核心元器件——工控類芯片,實現國產替代,自主可控,成為了我國工業控制系統國產化的必經之路。

HART通信協議介紹

傳統的模擬信號工業儀表只能傳輸目標測量值,無法傳輸設備狀態、診斷和額外的變量,無法有效的對設備進行配置和故障排除。如何讓傳統的模擬工業自動化系統變得更加智能化?HART通信協議應運而生。

HART(highwayaddressableremotetransducer,可尋址遠程傳感器高速通道)通信協議由美國Rosemount公司於20世紀80年代中期推出,主要用於現場智能儀表和控制室系統間進行數字通信。現今,HART通信協議已被世界上三分之二以上的現場設備所採用,成為智能工業控制領域的國際標準。

HART調制解調器芯片介紹

HART調制解調器芯片使用FSK技術,在4~20mA信號過程量上疊加一個頻率信號,成功地把模擬信號和數字信號雙向同時通訊,而不互相干擾。採用Bell202標準的FSK頻移鍵控信號,在低頻的4~20mA模擬信號上疊加一個頻率數字信號進行雙向數字通信。數字信號的幅度為0.5mA,數據傳輸率為1200bps,1200Hz代表邏輯“1”,2200Hz代表邏輯“0”。數字信號波形如圖1所示:

圖1.HART波形圖

HART調制解調器芯片可以將設備和系統集成起來,以檢測先前檢測不到的問題,實時檢測設備或過程的連接問題。通過獲取新的早期預警,以減少偏差造成的影響,避免非計劃停機或過程中斷所引起的高成本。快速確定和驗證控制迴路和設備配置,使用遠程診斷,以減少不必要的現場檢查。

杭州晶華微電子有限公司自主研發的HART調制解調器芯片專為實現HART協議而設計,型號包括SD2017B、SD2057、SD2085。下面對這三款產品進行詳細介紹:

SD2017B芯片介紹

SD2017B是一款專為實現HART協議而設計的CMOS單片調制解調器芯片,其主要的功能特點為:

  • 符合HART通信協議物理層要求
  • 單芯片半雙工1200b/s的FSK調制解調器
  • 符合Bell202標準載波1200Hz和2200Hz
  • HART波形整形輸出具有額外驅動能力
  • 可接3.6864MHz晶振或使用外部時鐘
  • 工作電壓2.7V~5.5V
  • 低功耗,調製模式下最大功耗為90μA
  • -55℃至+125℃工作温度範圍
  • 32腳LQFP封裝,如圖2所示
  • 滿足RoHS環保要求

圖2.SD2017B封裝片

SD2017B本身集成滿足HART物理層規範功能要求的大部分功能,包括調製與解調,輸入信號濾波,載波檢測和發送信號波形整形等,因此只需再外加少量無源元件,即可實現支持帶HART功能產品設計。如圖3所示,為SD2017B的一種典型應用。

圖3.SD2017B應用於智能變送器

SD2017B作為SD2015B的升級產品,芯片管腳匹配SD2015B、HT2015及A5191HRT,在一定範圍內,可實現兼容替換,如圖4所示,為SD2017B替換SD2015B的實現方法。

圖4.SD2017B芯片替換SD2015B

使用SD2017B替換SD2015B、HT2015及A5191HRT設計應用方案,外圍無源器件減少到原本的三分之一,晶體振盪器由原本的460.8kHz陶瓷振盪器替換為3.6864MHz晶體振盪器,降低成本的同時也更易於採購,簡化電路設計、降低成本。

SD2057芯片介紹

SD2057是一款專為實現HART協議而設計的CMOS單片調制解調器芯片,其主要的功能特點為:

  • 符合HART通信協議物理層要求
  • 符合Bell202標準載波1200Hz和2200Hz
  • 內部集成接收濾波器,所需外部元件極少
  • HART波形整形輸出具有額外驅動能力
  • UART接口
  • 工作電壓2.7V~5.5V
  • 低功耗,調製模式下最大功耗為112µA
  • -55℃至+125℃工作温度範圍
  • 24引腳4mmx4mmQFN封裝,如圖5所示。
  • 滿足RoHS環保要求

圖5.SD2057封裝片

SD2057集成了所有必要的HART信號濾波、信號檢測、調製、解調及波形整形等功能的電路模塊,滿足HART物理層規範要求,只需添加少量外圍無源元件,即可應用於支持HART協議的現場儀表和控制器中。如圖6所示,為SD2057應用於變送儀表中的一種典型應用。

圖6.SD2057典型應用圖

SD2085芯片介紹

SD2085是一款專為實現HART協議而設計的CMOS單片調制解調器芯片,其主要的功能特點為:

  • 單芯片、半雙工1200bpsFSK調制解調器
  • 符合HART通信協議物理層要求
  • 符合Bell202標準載波1200Hz和2200Hz
  • HART波形整形輸出具有額外驅動能力
  • 數字信號處理確保可靠的輸入信號檢測
  • UART接口
  • 工作電壓2.7V~3.6V
  • 低功耗,調製模式下最大功耗為85μA
  • -55℃至+125℃工作温度範圍
  • 20引腳5mmx5mmx0.75mmTQFN封裝,如圖7所示。
  • 滿足RoHS環保要求

圖7.SD2085封裝片

SD2085集成了所有必要的HART信號濾波、信號檢測、調製、解調及波形整形等功能的電路模塊,滿足HART物理層規範要求,只需添加少量外圍無源元件,即可應用於支持HART協議的現場儀表和控制器中。如圖8所示,為SD2085應用於變送儀表中的一種典型應用。

圖8.SD2085典型應用圖

結語

國內的工業控制系統在不斷變化和創新中呈現出快速增長的趨勢,晶華微將繼續加碼,研發出更多高質量的工控相關產品和系統解決方案,助力加速工控芯片國產化進程,打破國外壟斷局面。並加強與工控企業達成戰略合作伙伴關係,延伸和提高新技術,助力工控企業不斷提升智能化水平,推動中國工業物聯網產業的新發展。

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發表於 2020-05-29 16:59 619次閲讀
技術乾貨|晶華微一站式單芯片方案,助推額温槍技術...

工業控制4.0下製造業都將實現智能化轉型

國務院辦公廳發佈《關於加快發展流通促進商業消費的意見》,鼓勵擴大綠色智能消費,鼓勵運用大數據、雲計算....
發表於 2020-05-22 10:11 324次閲讀
工業控制4.0下製造業都將實現智能化轉型

具有動態功率控制和HART連接功能的EVAL-AD5755SDZ評估板

EVAL-AD5755SDZ,評估板,採用AD5755四通道,16位,串行輸入,4 mA至20 mA,電...
發表於 2020-05-01 09:29 51次閲讀
具有動態功率控制和HART連接功能的EVAL-AD5755SDZ評估板

香蕉派 BPI-F2P工業級應用開發板,支持PoE網絡供電功能.有RS232,RS485接口

香蕉派 BPI-F2P Sunplus 工業級芯片方案設計, 是完全按照工業級應用標準設計的開發板. 使用 Plus1(sp7021) 芯片...
發表於 2020-04-26 14:43 364次閲讀
香蕉派 BPI-F2P工業級應用開發板,支持PoE網絡供電功能.有RS232,RS485接口

霍爾磁敏傳感器的原理是什麼?

一個霍爾元件一般有四個引出端子,其中兩根是霍爾元件的偏置電流IC的輸入端,另兩根是霍爾電壓的輸出端。如果兩輸出...
發表於 2020-04-17 08:15 366次閲讀
霍爾磁敏傳感器的原理是什麼?

IC類温度傳感器的設計怎麼簡化?

温度傳感器現在已發生了很大變化,迄今為止,市場上提供的所有温度傳感器都不具有模/數輸出功能。熱敏電阻、RTDs和熱...
發表於 2020-04-16 07:08 183次閲讀
IC類温度傳感器的設計怎麼簡化?