[實用新型]一種用于變送器調理芯片的通信系統

有效

• 申請號: 201621015446.2
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN206249299U
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 陳奇輝;盛云
• 申請（專利權）人: 蘇州納芯微電子股份有限公司
• 主分類號: G06F13/40
• 分類號: G06F13/40
• 代理公司: 蘇州中合知識產權代理事務所(普通合伙)32266
• 代理人: 馬麗麗

技術領域

本實用新型涉及一種芯片的通信方式，尤其涉及一種用于變送器調理芯片的通信系統。

背景技術

兩線制4mA～20mA電流輸出型的變送器被廣泛用于各種工業控制領域，用于對壓力、溫度、流量等各種信號通過傳感器檢測，然后由調理芯片校準并實現電流變送輸出。變送器的調理電路通常需要提供一個通信接口，以便在生產過程或者工業現場中對變送器進行標定和編程。常見的通信接口包括兩種，HART(可尋址遠程傳感器高速通道通信協議)或者串口。

圖1為基于HART通信協議的變送器方案，包含傳感器，傳感器調理變送芯片，HART調制解調芯片和電阻電容耦合網絡。HART使用基于Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4mA～20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數字信號進行雙向數字通訊。HART協議通常需要一顆專用調制解調芯片對HART輸入信號進行解調和對輸出信號進行調制，以及一顆MCU芯片對HART協議進行解析，因此成本較高。

串口常見的通信協議如RS232，RS485或者I2C,SPI等，通常需要兩根以上額外的接口線，帶來額外的成本的同時，也帶來一些生產上的不方便。圖2為基于RS232串口通信的變送器方案，除了傳感器和傳感器調理變送芯片，還增加了3個額外的通信接口RX，TX和GND。

鑒于以上所述現有技術的缺點，有必要提供一種改良的通信方式來實現可靠，低成本的變送器調理方案。

實用新型內容

為解決上述技術問題，本實用新型提出一種用于變送器調理芯片的通信系統，該通信系統及其方法不僅成本低而且解析方便、可靠。

為了達到上述目的，本實用新型的技術方案如下：一種用于變送器調理芯片的通信系統，該系統基于兩線制電流輸出變送器，包括傳感器和傳感器調理變送芯片，傳感器與傳感器調理變送芯片連接，傳感器調理變送芯片復用正電源端LOOP+進行通信，在正電源端LOOP+以電壓形式通過電阻R1和電容C1的交流耦合輸入信號；調制環路電流為輸出信號進行傳輸，即負電源端LOOP-為信號輸出端。無需額外的通信接口，相比大多數傳統的通信協議如RS232，RS485或者I2C，SPI等協議，節省了端口資源。

作為優選，其電路結構部分為：包括控制器、數模轉換器、運算放大器和三極管，所述電容C1的一端與正電源端LOOP+連接，其另一端與電阻R1的一端連接，電阻R1的另一端連接至傳感器調理變送芯片的一個I/O口，即IN腳；所述I/O口通過施密特觸發器連接至控制器,所述控制器與數模轉換器連接，數模轉換器通過電阻R2連接至運算放大器的正相輸入端，所述運算放大器的輸出端OUT連接至三極管的基極；三極管的集電極連接至電容C1和正電源端LOOP+之間，其發射集通過電阻R4連接至負電源端LOOP-；所述電阻R2上串聯一電阻R3并連接至負電源端LOOP-；所述運算放大器的反相輸入端連接至三極管的發射集。所述數模轉換器、由電阻R2和R3組成的電阻網絡、運算放大器、三極管以及電阻R4共同組成電流變送電路，輸出信號通過對電流變送電路的調制后以電流形式輸出。輸入信號通過正電源端LOOP+交流耦合到傳感器調理變送芯片的一個I/O口，通過交流耦合的方式實現了正電源端高壓的隔離，在本電路結構部分通過交流耦合的方式隔離了電源的交流高壓，避免了高電源電壓損壞芯片內部部件；而且，由于電流變送電路為閉環結構，輸出信號的抗干擾能力得到了增強。

作為優選，輸入信號和輸出信號均通過調節方波占空比來區分數據0和數據1，方波占空比為25％的信號代表數據0，方波占空比為75％的信號代表數據1。所述的通信數據格式比傳統用于HART通信的FSK調制數據格式更加易于解析，不需要專用調制解調芯片對HART輸入信號進行解調和對輸出信號進行調制，以及一顆MCU芯片對HART協議進行解析，大大降低了變送器方案的成本。

一種用于變送器調理芯片的通信方法，包括以下步驟：

(1)傳感器調理變送芯片在上電時設置了一個通信時間窗口；

(2)如果在通信時間窗口檢測到了進入通信模式命令，芯片會進入通信模式；否則，芯片自動退出通信模式進入正常電流變送輸出狀態；

(3)在通信模式下，通過發送退出通信模式命令使芯片進入正常電流變送輸出狀態，或者通過發送禁用通信模式命令使芯片在下次上電后立刻進入正常電流變送輸出狀態，方便用戶使用。

本實用新型的有益效果：本專利的通信系統是基于兩線制電流輸出變送器，包含電路架構和通信數據格式兩部分，通過簡化的電路構架和易于解析的通信數據格式，實現了一種可靠、低成本的變送器調理方案。