本發(fā)明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(tǒng)及其方法。

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(yè)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(xiàn)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(yè)現(xiàn)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(xié)議)或者串口。

圖1為基于HART通信協(xié)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(shù)字信號進行雙向數(shù)字通訊。HART協(xié)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(xié)議進行解析，因此成本較高。

串口常見的通信協(xié)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(xiàn)有技術的缺點，有必要提供一種改良的通信方式來實現(xiàn)可靠，低成本的變送器調理方案。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種用于變送器調理芯片的通信系統(tǒng)及其方法，該通信系統(tǒng)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，本發(fā)明的技術方案如下：一種用于變送器調理芯片的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(huán)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(shù)傳統(tǒng)的通信協(xié)議如RS232，RS485或者I2C，SPI等協(xié)議，節(jié)省了端口資源。

作為優(yōu)選，其電路結構部分為：包括控制器、數(shù)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(fā)器連接至控制器,所述控制器與數(shù)模轉換器連接，數(shù)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(fā)射集通過電阻R4連接至負電源端LOOP-；所述電阻R2上串聯(lián)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(fā)射集。所述數(shù)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(xiàn)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(huán)結構，輸出信號的抗干擾能力得到了增強。

作為優(yōu)選，輸入信號和輸出信號均通過調節(jié)方波占空比來區(qū)分數(shù)據(jù)0和數(shù)據(jù)1，方波占空比為25％的信號代表數(shù)據(jù)0，方波占空比為75％的信號代表數(shù)據(jù)1。所述的通信數(shù)據(jù)格式比傳統(tǒng)用于HART通信的FSK調制數(shù)據(jù)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(xié)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(tài)；

(3)在通信模式下，通過發(fā)送退出通信模式命令使芯片進入正常電流變送輸出狀態(tài)，或者通過發(fā)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(tài)，方便用戶使用。

本發(fā)明的有益效果：本專利的通信系統(tǒng)是基于兩線制電流輸出變送器，包含電路架構和通信數(shù)據(jù)格式兩部分，通過簡化的電路構架和易于解析的通信數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)了一種可靠、低成本的變送器調理方案。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術中使用HART通信協(xié)議的變送器方案圖；

圖2為現(xiàn)有技術中使用RS232串口通信的變送器方案圖；

圖3為本發(fā)明通信系統(tǒng)的變送器方案圖；

圖4為本發(fā)明電路結構圖；

圖5為本發(fā)明所述的通信數(shù)據(jù)格式圖；

圖6為本發(fā)明所述的通信方法模式切換圖；

其中：10.傳感器，20.傳感器調理變送芯片，30.控制器，40.數(shù)模轉換器，50.運算放大圖，60.三極管，70.施密特觸發(fā)器。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

如圖3所示，公開了本發(fā)明一種用于變送器調理芯片的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于兩線制電流輸出變送器，包括傳感器10和傳感器調理變送芯片20，傳感器10與傳感器調理變送芯片20連接，傳感器調理變送芯片20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(huán)路電流為輸出信號進行傳輸，即負電源端LOOP-為信號輸出端。其無需額外的通信接口，相比大多數(shù)傳統(tǒng)的通信協(xié)議如RS232，RS485或者I2C，SPI等協(xié)議，節(jié)省了端口資源。

如圖4所示，本發(fā)明所述的電路結構通過外圍的電容C1和電阻R1將正電源端LOOP+的輸入信號交流(AC)耦合到傳感器調理變送芯片20的一個I/O口，即IN腳，通過AC耦合的方式隔離了電源的交流(DC)高壓，避免高電源電壓損壞芯片內部器件。傳感器調理變送芯片20內部的施密特觸發(fā)器70將進入IN腳的輸入信號整形成內部的數(shù)字信號，傳輸?shù)娇刂破?0進行解析?？刂破?0解析完信號之后會給出對應的輸出信號，通過由傳感器調理變送芯片20內部的數(shù)模轉換器模塊40，電阻網絡R2、R3，運算放大器50和外部的三極型晶體管60以及電阻R4構成的電流變送電路，以電流形式輸出。由于電流變送電路為閉環(huán)結構，輸出信號的抗干擾能力得到增強。

如圖5所示，本發(fā)明所述的輸入信號和輸出信號都通過調節(jié)方波占空比來區(qū)分數(shù)據(jù)0和數(shù)據(jù)1，方波占空比為25％的信號代表數(shù)據(jù)0，方波占空比為75％的信號代表數(shù)據(jù)1。其中輸入信號為AC耦合到傳感器調理變送芯片20的電壓信號，高電平為VH，低電平為VL，變送器的工作電壓一般不低于12V，也即VL不低于12V。傳感器調理變送芯片20工作電壓為5V的情況下，VH通常略大于VL+5V。輸出信號為電流變送電路調制輸出的電流信號，高電流為IH，低電流為IL。所述的通信數(shù)據(jù)格式比傳統(tǒng)用于HART通信的FSK調制數(shù)據(jù)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(xié)議進行解析，大大降低了變送器方案的成本。

如圖6所示，為本發(fā)明一種用于變送器調理芯片的通信方法，其可以靈活的切換到電流變送輸出狀態(tài)，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(tài)；

(3)在通信模式下，通過發(fā)送退出通信模式命令使芯片進入正常電流變送輸出狀態(tài)，或者通過發(fā)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(tài)，方便用戶使用。