HT5700 — это однокристальный полудуплексный HART FSK-модем, соответствующий спецификации физического уровня HART. Он объединяет фильтрацию, обнаружение сигнала, модуляцию, демодуляцию и генерацию сигнала, необходимые HART-устройству, поэтому обвязка вокруг него требует очень небольшого числа внешних компонентов. Микросхема также содержит встроенный генератор с точностью 0,5 %, что позволяет отказаться от внешнего кварца в проектах, ограниченных по месту или стоимости.
Поставляется в корпусе QFN 4 мм × 4 мм на 24 вывода и управляется по стандартному интерфейсу UART (RTS, CD, TXD, RXD).
Особенности
- Полностью интегрированный FSK-модем, соответствующий HART
- Максимальный ток потребления 115 мкА в режиме приёма
- Подходит для искробезопасных применений
- Встроенный полосовой фильтр приёма — минимум внешних компонентов
- Три варианта тактирования: сверхмалопотребляющий кварцевый генератор (максимум 60 мкА), внешний CMOS-генератор или прецизионный встроенный генератор
- Буферизированный HART-выход с повышенной нагрузочной способностью
- Стойкость к ESD 8 кВ (HBM)
- Питание от 2,7 В до 5,5 В; цифровой интерфейс от 1,71 В до 5,5 В
- Работа в диапазоне −40 °C…+125 °C
- Интерфейс UART
Применения
- Полевые преобразователи
- HART-мультиплексоры
- Аналоговые модули ввода-вывода ПЛК и РСУ
- Подключение к сетям HART
Принцип работы
HART передаёт цифровые данные по аналоговой проводке 4–20 мА, модулируя FSK-сигнал размахом 1 мА поверх тока петли. HT5700 формирует и восстанавливает этот сигнал как полудуплексный модем: тон 1,2 кГц — это «метка» (логическая 1), а тон 2,2 кГц — «пробел» (логический 0).
При передаче модулятор преобразует поток битов UART на входе TXD в тоны 1200 Гц / 2200 Гц, которые буферизируются и выводятся на HART_OUT. Синусоиды формируются в цифровом виде с помощью DDS-генератора, поэтому фаза остаётся непрерывной при смене частоты и на выходе нет разрывов. Модулятор включается установкой RTS в низкий уровень.
При приёме демодулятор берёт FSK-сигнал с входа HART_IN, пропускает его через АЦП и цифровую фильтрацию и восстанавливает поток битов на RXD. Высокий уровень на выводе CD означает наличие действительной несущей. Высокий уровень RTS включает демодулятор и отключает модулятор.
Конфигурация фильтра
HT5700 поддерживает два варианта фильтра приёма, выбираемых выводом FILTER_SEL:
- Внутренний фильтр — HART-сигнал подаётся на HART_IN через последовательный конденсатор 2,2 нФ. Этот вариант экономит стоимость и место на плате, исключая внешние компоненты фильтра. Он обеспечивает стойкость к ESD 8 кВ (HBM), но в жёстких промышленных условиях требует дополнительной внешней защиты от ЭМП и перенапряжений.
- Внешний фильтр — HART-сигнал подаётся на ADC_IP через внешний полосовой фильтр. Рекомендуемый внешний фильтр включает резистор 150 кОм, ограничивающий ток до уровня, пригодного для искробезопасности, и обеспечивающий более высокую защиту входа от переходных перенапряжений.
Конфигурация тактирования
Доступны три схемы тактирования, задаваемые выводами XTAL_EN, CLK_CFG0 и CLK_CFG1:
- Внешний кварц — кварц 3,6864 МГц (например, ABLS-3.6864MHZ-L4Q-T) между XTAL1 и XTAL2; в техническом описании кварца рекомендуются два нагрузочных конденсатора 18 пФ.
- Внешний CMOS-генератор — подайте сигнал на XTAL1 от внешнего источника тактирования, а XTAL2 оставьте свободным.
- Внутренний RC-генератор — RC-генератор с точностью 0,5 % работает на частоте 1,2288 МГц и потребляет типично 87 мкА; соедините XTAL1 с землёй, а XTAL2 оставьте свободным.
На выводе CLKOUT можно получить буферизированный тактовый сигнал. При кварцевом генераторе CLKOUT может составлять 3,6864 МГц, 1,8432 МГц или 1,2288 МГц; при внутреннем RC-генераторе доступна частота 1,2288 МГц. При использовании CMOS-генератора сигнал CLKOUT недоступен.
Режимы пониженного энергопотребления и полного дуплекса
Удержание RESET в низком уровне переводит устройство в режим пониженного энергопотребления, в котором схемы приёма, передачи и генератора отключаются, а потребление составляет типично 30 мкА. При использовании внутреннего источника опорного напряжения вывод REF_EN можно соединить с RESET, чтобы опорный источник также отключался.
Установка вывода DUPLEX в высокий уровень включает полнодуплексный режим, в котором модулятор и демодулятор работают одновременно. Это обеспечивает самотестирование HART-устройства и всего тракта сигнала между устройством и хостом, подтверждая работоспособность локального контура связи — полезно при производственном самотестировании и выгодно для уровня SIL приложения.
Основные характеристики
Условия: VCC = 2,7 В…5,5 В, IOVCC = 1,71 В…5,5 В, −40 °C…+125 °C, если не указано иное; типовые значения при 25 °C.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Напряжение питания (VCC) | 2,7 В…5,5 В |
| Питание цифрового интерфейса (IOVCC) | 1,71 В…5,5 В |
| Ток потребления при приёме (демодулятор) | 86 мкА тип. / 115 мкА макс. (внешний генератор, −40…+85 °C) |
| Ток потребления при передаче (модулятор) | 124 мкА тип. / 140 мкА макс. (внешний генератор, −40…+85 °C) |
| Ток кварцевого генератора | 33 мкА тип. / 60 мкА макс. (нагрузка 16 пФ) |
| Ток внутреннего генератора | 87 мкА тип. / 110 мкА макс. |
| Ток в режиме пониженного энергопотребления | 30 мкА тип. / 45 мкА макс. (−40…+85 °C) |
| Внутреннее опорное напряжение | 1,49 / 1,50 / 1,51 В |
| Внешнее опорное входное напряжение | 2,47 / 2,50 / 2,53 В |
| Выходное напряжение HART_OUT | 459 / 493 / 505 мВ разм. (нагрузка 160 Ом, развязка по перем. току 2,2 мкФ) |
| Частота метки / пробела | 1200 Гц / 2200 Гц (внутренний генератор) |
| Погрешность частоты | ±0,5 % (−40…+85 °C); ±1 % (−40…+125 °C) |
| Частота внутреннего генератора | 1,2288 МГц (1,2226–1,2349 МГц, −40…+85 °C) |
| Частота внешнего тактирования | 3,6864 МГц (3,6496–3,7232 МГц) |
| ESD (HBM) | 8 кВ |
| ESD (FICDM) | 1,5 кВ |
| Рабочая температура | −40 °C…+125 °C |
| Температура хранения | −65 °C…+150 °C |
| Корпус | QFN 4 мм × 4 мм, 24 вывода |
| Тепловое сопротивление (θJA / θJC) | 56 / 3 °C/Вт |
Рекомендации по применению
Для устройств с питанием от петли последовательное сопротивление в цепи VCC снижает влияние колебаний потребляемого тока на петлю; в типичных применениях хорошо зарекомендовали себя 470 Ом. Шунтируйте VCC и IOVCC конденсаторами 10 мкФ параллельно с 0,1 мкФ на землю, а REG_CAP и REF — каждый керамическим конденсатором 1 мкФ. Для защиты от переходных процессов в жёстких условиях применяют TVS-диод в точке подключения петли и последовательный резистор на FSK-выходе; резистор 150 кОм во внешнем фильтре сам по себе защищает FSK-вход.
Полное описание выводов, временные характеристики и типовые схемы подключения см. в руководстве пользователя HT5700 или обратитесь в Microcyber по адресу info@microcyber.cn.