當(dāng)下國(guó)際供應(yīng)鏈斷裂，我國(guó)工業(yè)控制系統(tǒng)卡脖子現(xiàn)象進(jìn)一步加劇，一大批優(yōu)質(zhì)的工控企業(yè)受制于人，更凸顯出中國(guó)在工業(yè)控制領(lǐng)域的短板。

作為工業(yè)控制系統(tǒng)的核心元器件——工控類芯片，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代，自主可控，成為了我國(guó)工業(yè)控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化的必經(jīng)之路。

HART通信協(xié)議介紹

傳統(tǒng)的模擬信號(hào)工業(yè)儀表只能傳輸目標(biāo)測(cè)量值，無(wú)法傳輸設(shè)備狀態(tài)、診斷和額外的變量，無(wú)法有效的對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置和故障排除。如何讓傳統(tǒng)的模擬工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)變得更加智能化？HART通信協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。

HART（highway addressable remote transducer，可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道）通信協(xié)議由美國(guó) Rosemount 公司于20世紀(jì)80年代中期推出，主要用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)字通信。現(xiàn)今，HART通信協(xié)議已被世界上三分之二以上的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所采用，成為智能工業(yè)控制領(lǐng)域的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

HART調(diào)制解調(diào)器芯片介紹

HART調(diào)制解調(diào)器芯片使用FSK技術(shù)，在4~20mA信號(hào)過程量上疊加一個(gè)頻率信號(hào)，成功地把模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)雙向同時(shí)通訊，而不互相干擾。采用Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號(hào)，在低頻的4～20mA模擬信號(hào)上疊加一個(gè)頻率數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向數(shù)字通信。數(shù)字信號(hào)的幅度為0.5mA ，數(shù)據(jù)傳輸率為1200bps，1200Hz代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯“0”。數(shù)字信號(hào)波形如圖1所示：

圖1. HART波形圖

HART調(diào)制解調(diào)器芯片可以將設(shè)備和系統(tǒng)集成起來(lái)，以檢測(cè)先前檢測(cè)不到的問題，實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備或過程的連接問題。通過獲取新的早期預(yù)警，以減少偏差造成的影響，避免非計(jì)劃停機(jī)或過程中斷所引起的高成本?？焖俅_定和驗(yàn)證控制回路和設(shè)備配置，使用遠(yuǎn)程診斷，以減少不必要的現(xiàn)場(chǎng)檢查。

杭州晶華微電子有限公司自主研發(fā)的HART調(diào)制解調(diào)器芯片專為實(shí)現(xiàn)HART協(xié)議而設(shè)計(jì)，型號(hào)包括SD2017B、SD2057、SD2085。下面對(duì)這三款產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)介紹：

SD2017B芯片介紹

SD2017B是一款專為實(shí)現(xiàn) HART 協(xié)議而設(shè)計(jì)的 CMOS 單片調(diào)制解調(diào)器芯片，其主要的功能特點(diǎn)為：

• 符合 HART 通信協(xié)議物理層要求
• 單芯片半雙工 1200b/s 的 FSK調(diào)制解調(diào)器
• 符合 Bell202 標(biāo)準(zhǔn)載波 1200Hz 和 2200Hz
• HART波形整形輸出具有額外驅(qū)動(dòng)能力
• 可接 3.6864MHz 晶振或使用外部時(shí)鐘源
• 工作電壓 2.7V~5.5V
• 低功耗，調(diào)制模式下最大功耗為 90μA
• -55℃至+125℃工作溫度范圍
• 32腳 LQFP 封裝，如圖2所示
• 滿足 RoHS 環(huán)保要求

圖2. SD2017B封裝片

SD2017B本身集成滿足 HART 物理層規(guī)范功能要求的大部分功能，包括調(diào)制與解調(diào)，輸入信號(hào)濾波，載波檢測(cè)和發(fā)送信號(hào)波形整形等，因此只需再外加少量無(wú)源元件，即可實(shí)現(xiàn)支持帶HART功能產(chǎn)品設(shè)計(jì)。如圖3所示，為SD2017B的一種典型應(yīng)用。

圖3. SD2017B應(yīng)用于智能變送器

SD2017B作為SD2015B的升級(jí)產(chǎn)品，芯片管腳匹配SD2015B、HT2015及A5191HRT，在一定范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)兼容替換，如圖4所示，為SD2017B替換SD2015B的實(shí)現(xiàn)方法。

圖4. SD2017B芯片替換SD2015B

使用SD2017B替換SD2015B、HT2015及A5191HRT設(shè)計(jì)應(yīng)用方案，外圍無(wú)源器件減少到原本的三分之一，晶體振蕩器由原本的460.8kHz陶瓷振蕩器替換為3.6864MHz晶體振蕩器，降低成本的同時(shí)也更易于采購(gòu)，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)、降低成本。

SD2057芯片介紹

SD2057是一款專為實(shí)現(xiàn) HART 協(xié)議而設(shè)計(jì)的 CMOS 單片調(diào)制解調(diào)器芯片，其主要的功能特點(diǎn)為：

• 符合 HART 通信協(xié)議物理層要求
• 符合 Bell202 標(biāo)準(zhǔn)載波 1200Hz 和 2200Hz
• 內(nèi)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(qū)動(dòng)能力
• UART 接口
• 工作電壓 2.7V~5.5V
• 低功耗，調(diào)制模式下最大功耗為 112μA
• -55℃至+125℃工作溫度范圍
• 24 引腳 4mm x 4mm QFN 封裝，如圖5所示。
• 滿足 RoHS 環(huán)保要求

圖5. SD2057封裝片

SD2057集成了所有必要的HART 信號(hào)濾波、信號(hào)檢測(cè)、調(diào)制、解調(diào)及波形整形等功能的電路模塊，滿足 HART 物理層規(guī)范要求，只需添加少量外圍無(wú)源元件，即可應(yīng)用于支持 HART 協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制器中。如圖6所示，為SD2057應(yīng)用于變送儀表中的一種典型應(yīng)用。

圖6.SD2057典型應(yīng)用圖

SD2085芯片介紹

SD2085是一款專為實(shí)現(xiàn) HART 協(xié)議而設(shè)計(jì)的 CMOS 單片調(diào)制解調(diào)器芯片，其主要的功能特點(diǎn)為：

• 單芯片、半雙工 1200bps FSK 調(diào)制解調(diào)器
• 符合 HART 通信協(xié)議物理層要求
• 符合 Bell202 標(biāo)準(zhǔn)載波 1200Hz 和 2200Hz
• HART 波形整形輸出具有額外驅(qū)動(dòng)能力
• 數(shù)字信號(hào)處理確?？煽康妮斎胄盘?hào)檢測(cè)
• UART 接口
• 工作電壓 2.7V~3.6V
• 低功耗，調(diào)制模式下最大功耗為 85μA
• -55℃至+125℃工作溫度范圍
• 20 引腳 5mm x 5mm x 0.75mmTQFN 封裝，如圖7所示。
• 滿足 RoHS 環(huán)保要求

圖7. SD2085封裝片

SD2085集成了所有必要的HART 信號(hào)濾波、信號(hào)檢測(cè)、調(diào)制、解調(diào)及波形整形等功能的電路模塊，滿足 HART 物理層規(guī)范要求，只需添加少量外圍無(wú)源元件，即可應(yīng)用于支持 HART 協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制器中。如圖8所示，為SD2085應(yīng)用于變送儀表中的一種典型應(yīng)用。

圖8. SD2085典型應(yīng)用圖

結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)的工業(yè)控制系統(tǒng)在不斷變化和創(chuàng)新中呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，晶華微將繼續(xù)加碼，研發(fā)出更多高質(zhì)量的工控相關(guān)產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案，助力加速工控芯片國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，打破國(guó)外壟斷局面。并加強(qiáng)與工控企業(yè)達(dá)成戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，延伸和提高新技術(shù)，助力工控企業(yè)不斷提升智能化水平，推動(dòng)中國(guó)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的新發(fā)展。