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HART調制解調器SYM20C15應用設計
摘要：介紹HART調制解調器芯片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(zhuān)為實(shí)現HART協(xié)議而設計，與微處理器的接口簡(jiǎn)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。為拓展現有儀表功能，在模擬信號基礎上須增加數字通信能力。目前，大量使用的Rosemount公司研制的HART（High Addressable Remote Transducer）現場(chǎng)通信協(xié)議。SYM20C15是專(zhuān)為實(shí)現HART協(xié)議而設計的調制解調器芯片。
1 HART通信協(xié)議簡(jiǎn)介
HART通信協(xié)議使用頻移鍵控FSK（Frequency Shift Keying）技術(shù)，將數字信號變換為音頻信號，疊加到現場(chǎng)變送器和控制室之間的4～20mA電流環(huán)上來(lái)作數字通信。協(xié)議規定的信號頻率（1200Hz代表1，2200Hz代表0）和傳輸速率（1200bit/s）符合美國B(niǎo)ell 202標準。這些音頻正弦波的平均值為零，所以在現存的模擬信號中不增加直流成分，因此，在2根線(xiàn)上可以同時(shí)傳送互不影響的模擬和數字信號。正是由于HART協(xié)議的這種優(yōu)點(diǎn)，使它成為工業(yè)現場(chǎng)廣泛應用的、事實(shí)上的工業(yè)標準。
2 SYM20C15引腳說(shuō)明和特點(diǎn)
（1）SYM20C15引腳說(shuō)明
SYM20C15為28腳PLCC封裝，其引腳說(shuō)明如表1所列。
表1 SYM20C15引腳說(shuō)明
供電電源5.0V時(shí)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(shí)連接500kΩ電阻到地；電源5.0V時(shí)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(shí)鐘21Vss 地 23INRTS輸入發(fā)送請求低電平選擇調制工作方式24ITXD輸入調制器輸入 26ORXD輸出解調器輸出 27OSD輸出載波檢測
（2）SYM20C15特點(diǎn)
*符合HART協(xié)議物理層規范；
*單片CMOS、低功耗、FSK調制解調器；
*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(shí)鐘；
*5V供電時(shí)TTL兼容。
3 SYM20C15工作過(guò)程
SYM20C15是專(zhuān)為實(shí)現HART協(xié)議而設計的低功耗調制解調器。它包含幾乎怕有在4～20mA模擬現場(chǎng)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成HART協(xié)議的完整應用。SYM20C15包含4個(gè)主要模塊：時(shí)鐘模塊、調制器模塊、解調器模塊、載波檢測模塊。
（1）調制過(guò)程
當INRTS引腳為低電平時(shí)，調制器工作，解調器關(guān)閉。調制器模塊接收由ITXD引腳輸入的不歸零制（NRZ）數字信號，生成FSK調制信號由OTXA引腳輸出。圖1為調制過(guò)程波形。
ITXD引腳為高電平時(shí)，OTXA引腳輸出1200Hz的梯形波；ITXD引腳為低電平時(shí)，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(jìn)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（非調制狀態(tài)），VREF為IA
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