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工业通信课堂/ Knowledge

HART 设备物理层测试

HART通讯卡基本电路设计原理

1.HART通讯卡中,用于HART协议的主要芯片包括:

  • 微控制器用于运行HART协议;

  • HART调制解调器芯片用于发送和接受HART信号;

  • DAC(数字转模拟)芯片用于产生和控制4~20mA电流;

  • 典型HART通讯卡的原理框图

2.HART究竟是一个什么样的信号?
HART通信使用载波传输的方式和半双工的通信方式.具体来说,HART通信采用基于Bell202通信标准的FSK频移键控信号,在低频的4~20mA模拟信号上叠加一个幅度为0.5mA的高频数字信号进行双向数字通讯,两种信号共享硬件而不冲突。发送HART信号是通过电流,接收则是通过电压;如果在回路中没有足够的阻抗,那么电压将会小到难以检测,并导致通信失败。因此,HART信号要被其它设备检出,根据物理层测试要求负载电阻两端电压在120mVpp以上。 

二 HART设备物理层测试
1.HART波形测试
测试目的:测试HART信号的幅值、上升时间和下降时间。

实例:HART波形测试

2.载波启动/停止和延迟时间

测试目的:在信号传播的开始和结束能保证载波有一个合适的上升或下降时间 

实例:载波启动/停止和延迟时

3.HART信号瞬时的启动和停止

测试目的:当一台HART设备开始或者结束其发送时,能够不向网络产生瞬间峰值。如果瞬变太大会对其他设备接收的HART信号造成干扰,或者对主设备的模拟信号产生影响。  
测试设置:  

 

4.静止时的输出噪声

      测试目的:当HART主设备或从设备没有发送(静止)HART信号时,不能有噪声耦合到HART通频带中。过大的噪声对HART信号的接受会造成影响。并且虽然从一台设备来的噪声虽然很小,但是会对多站点配置的HART从设备造成较大的附加影响。 
测试设置: 

实例:静止时的输出噪声

5.模拟变化率
测试目的:当从设备改变4~20mA模拟电流时,模拟电流最大的变化率不能影响HART信号的通讯 
测试设置: 

实例:模拟变化率


6.输入阻抗测试 
测试目的:输入阻抗可以反映多站点系统中HART设备的数量及HART信号传输的最远距离。 
测试设置: 

 

实例:输入阻抗

7.噪声容限测试
测试目的:指在差的噪声条件下,HART设备依然可以接收有效的HART信号。 

实例:噪声容限测试

8.载波检测测试

测试目的:HART接受设备必须能够忽略低于80mVpp的信号同时必须能够接受高于120mVpp的信号 
测量载波检测的起始和结束时间,是确保硬件接受HART信号过程中没有延迟以至于干扰总线仲裁或降低网络的吞吐量。 
测试设置: 

实例:载波检测测试

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