具有额外电压输出能力的完整4 mA至20 mA HART解决

静默期间输出噪声

当HART设备没有进行传输(静默)时，不应在HART扩展频带中将噪声耦合到网络上。噪声过高可能会干扰设备本身或网络上其它设备对HART信号的接收。

对于在500Ω负载上测得的电压噪声，其包含的扩展频带中的宽带噪声和相关噪声总和不能超过2.2 mV rms。此噪声通过在500Ω负载上连接HCF_TOOL-31滤波器(可从HART通信基金会获得)并将滤波器输出连接到真均方根测量仪(参见图6)来测量。也可使用示波器来检查输出波形峰峰值电压。

AD5422 输出电流设置为4mA、12mA和20mA。对于所有这三个输出电流值，有带通滤波器时的结果十分相似，不过电流输出值增加时，宽带宽噪声也略有增加。在输出电流为4 mA的情况下，使用和不使用HCF_TOOL-31带通滤波器时，测得的均方根值分别为143μV rms和1.4μV rms。这两个值均在要求的2.2 mV rms(使用HART滤波器)和138 mVrms(不使用HART滤波器的宽带噪声)规范内。在输出电流为12 mA的情况下，使用和不使用HCF_TOOL-31带通滤波器时，测得的均方根值分别为158μV rms和2.1μV rms，这两个值同样都在HART协议规范要求的范围内。

图9. AD5422输出(通道1)和HART滤波器输出(通道2)，SR时钟= 3，SR阶跃= 2，C1 = 4.7 nF，C2 = NC

图9显示了AD5422的输出和HART滤波器的输出。滤波器输出端的峰值电压为82 mV，处于规定范围以内。压摆率设置为SR时钟= 3和SR阶跃= 2，从4 mA至20 mA的转换时间设为约120 ms，C1 = 4.7 nF，C2未连接。如果这个变化率太低，可以缩短压摆时间。采用C1 = 4.7 nF且C2未连接的电路配置时，可以发现压摆时间设为80 ms(SR时钟= 1，SR阶跃= 2)时，所得到的模拟变化率符合HART规范。然而，如果将压摆时间进一步缩短至60 ms(SR时钟= 0，SR阶跃=2)，则会导致结果超出150 mV规格范围。从CAP1连接至AVDD的电容可用于抵消滤波器输出端因压摆时间过快而导致的峰值电压增加。然而，选择此值时必须小心，因为它会影响“确定外部元件值”部分讨论的低通滤波器截止频率。

图10显示了压摆率控制设置改为SR时钟= 5、SR阶跃= 2且C1电容值保持4.7 nF不变的结果。这样，转换时间就会在240 ms左右。滤波器输出端的峰值幅度可通过增加C1值、配置更慢的压摆率或通过两者的组合来进一步降低。

图10. AD5422输出(通道1)和HART滤波器输出(通道2)，SR时钟= 5，SR阶跃= 2，C1 = 4.7 nF，C2 = NC

瞬态电压保护

AD5422 内置ESD保护二极管，可防止正常操作造成的损害。但是，工业控制环境会使I/O电路遭受高得多的瞬变。为了防止过高瞬态电压影响AD5422，可能需要外部功率二极管和浪涌电流限制电阻，如图1所示。对电阻值的约束条件(图1中显示为18Ω)是，在正常工作期间，IOUT的输出电平必须保持在其顺从电压限值(AVDD − 2.5 V)以内，并且这两个保护二极管和电阻必须具有适当的额定功率。在18Ω的条件下，对于4 mA至20 mA输出，引脚处的顺从限值降低V = IMAX × R = 0.36 V。 OP184 缓冲器的正输入端还连接了一个10 kΩ电阻，用以限制瞬态期间的电流来保护放大器。通过瞬态电压抑制器(TVS)或瞬态吸收器可实现进一步的保护。这些元件包括单向和双向抑制器，可提供各种各样的隔离和击穿电压额定值。TVS应尽量采用最低击穿电压定标，同时在电流输出的功能范围内不导通。建议保护所有远程连接节点。