CN101809418A - 用于过程变送器的高性能架构 - Google Patents

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洛厄尔·A·克莱文
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    • G—PHYSICS
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges

Abstract

一种过程变送器(200)，包括：监控过程变量的至少一个传感器(202)；以及模拟至数字(A/D)转换器电路(204)，耦合到至少一个传感器，并且被配置用于提供表示过程变量值的过程变量数据。数字信号处理器(DSP)(210)耦合至A/D转换器电路(204)，以接收过程变量数据。所述DSP包括协处理器(215)，所述协处理器(215)被配置用于从A/D转换器电路(204)接收过程变量数据并对所述过程变量数据执行计算，以产生输出数据。过程变送器的通信电路(250，280)被配置用于控制可以与所述过程变送器耦合的回路布线(145)上的通信，或控制与所述过程变送器的无线通信。与DSP(210)的协处理器分离的微处理器(230)耦合在协处理器(215)与通信电路之间，以控制来自DSP的输出数据向通信电路的移动。

Description

用于过程变送器的高性能架构
背景技术
通常，过程变送器包括过程变量传感器和用于测量过程相关参数(温度、压强、流动速率、体积等)的测量电路。过程变送器还包括输出电路，该输出电路用于将过程参数输出传输至仪表设备和控制设备。这种传输通常是在模拟电路上进行的，例如是需要模拟输出电路的4-20mA电流回路。此外，对于过程变送器来说，通常使用脉冲输出电路来发送过程相关信息，该脉冲输出电路在电流回路或数字通信电路上发送脉冲，从而在4-20mA电流回路上发送数字信号。
大多数“智能”过程变送器共享以微控制器为中心的公共架构。对于微控制器的要求非常高，这是因为，微控制器通常必须在微功率(典型地1mA)需求下工作；微控制器必须以规则速率来读取、处理和公布传感器更新；微控制器通常必须提供信号校正功能以补偿针对各种误差源的主感测变量；微控制器必须支持数字通信功能；并且微控制器必须执行和管理诊断活动，以确保过程变送器的精确操作。满足所有这些方面的需求的系统的实现方式使现代微控制器的资源负有重担。这些资源分为3类：功耗、存储空间和执行时间。
近年来微控制器技术已经改进，比先前已有的技术提供了更多的能力。然而，产品需求和市场需要似乎已经超过了微控制器技术的发展。下一代的过程变送器产品可能需要例如更高的速度、更完善的校正算法、多变量支持以及高级诊断。通常，传统过程变送器架构仅允许逐步的改进以支持这些需求，可能未能达到未来的过程变送器的需求。
上述讨论仅仅是为一般背景信息而提供的，并非意在用于帮助确定要求保护的主题的范围。
发明内容
一种过程变送器，包括：至少一个传感器，对过程变量进行监控；以及模拟至数字(A/D)转换器电路，耦合至所述至少一个传感器并被配置用于提供表示过程变量值的过程变量数据。数字信号处理器(DSP)耦合至该A/D转换器电路以接收过程变量数据。该DSP包括：协处理器，被配置用于从A/D转换器电路接收过程变量数据并执行关于该数据的计算，以产生输出数据。过程变送器的通信电路被配置用于控制回路布线上的通信或控制与过程变送器的无线通信。与DSP的协处理器分离的微处理器耦合在协处理器与通信电路之间，以针对无线通信或回路布线上的通信来控制从DSP到通信电路的输出数据的移动。
附图说明
图1示出了现有技术的过程变送器架构的框图。
图2-1示出了第一公开的过程变送器架构的框图。
图2-2示出了第一公开的过程变送器架构的无线实施例的框图。
图3示出了第二公开的过程变送器架构的框图。
图4示出了第三公开的过程变送器架构的框图。
图5示出了第四公开的过程变送器架构的框图。
图6示出了第五公开的过程变送器架构的框图。
图7示出了第六公开的过程变送器架构的框图。
图8示出了第七公开的过程变送器架构的框图。
图9示出了第八公开的过程变送器架构的框图。
具体实施方式
如图1所示，大多数“智能”过程变送器共享以微控制器为中心的公共架构。如在图1提供的过程变送器100的电路的示意图中所示的，传统过程变送器的架构包括：一个或更多个过程变量传感器105；以及对应的模拟至数字(A/D)转换器110，用于将模拟传感器信号转换成代表性的数字信号。典型地，过程变送器还包括：非易失性(NV)存储器组件115，用于存储操作期间的过程变量或其他信息。微控制器120通过总线(如，串行外围接口(SPI)总线125)与A/D转换器110和存储器组件115进行通信。可以用于主设备(例如，微控制器120)与从设备(例如，A/D转换器110、存储器组件115等)之间的通信的SPI总线125和对应的SPI协议是本领域公知的。尽管参考SPI总线的使用阐述了所公开的实施例，然而所公开的实施例并不限于与SPI总线和SPI协议一起使用。相反，可以实现使用其他方法的通信，例如，使用多主设备串行计算机总线I2C或通用异步接收机发射机(UART)。除了管理和控制与诸如A/D转换器110和存储器组件115等设备的通信之外，微控制器120还典型地执行与传感器和感测到的过程变量有关的功能，如，读取和处理过程变量信号、信号校正、诊断功能等。
如图1所示，传统的过程变送器100还典型地包括：受微控制器120控制的数字至模拟(DAC)电路130，用于向输出控制电路135依次提供控制信号，输出控制电路135(例如经由输出电路140)控制过程控制回路上的4-20mA信号。使用虚线145来表示与过程变送器耦合的过程控制回路。典型地，过程变送器100还包括：调节器电路147，接收来自回路145的用于为变送器的组件供电的电力。此外，典型地在微控制器120的控制下，过程变送器100包括数字通信协议(例如，
Figure GPA00001052741800031
)调制解调器150，该数字通信协议调制解调器150与输出控制电路135通信，以使用数字通信协议通过4-20mA回路传输数字信号。此外，还可以使用数字信号的无线传输，而不是通过4-20mA回路来传输。
可以看出，对于微控制器的要求是非常高的，因为典型地微控制器必须满足多个需求，这里作为示例提供但并非表示为绝对的，例如以下列表中所包含的需求：
·微功率操作(在1mA以下)。
·实时操作系统：微控制器必须以规则的速率(例如，典型地每45mS)来读取、处理和公布传感器更新。
·信号校正：微控制器读取传感器信息并执行校正算法，以针对各种误差源来补偿主变量。
·数字通信：所有智能设备支持数字通信协议(例如，
Figure GPA00001052741800032
通信协议)。这使微控制器承担了接受和确认消息、组成响应以及公布的重担。
·诊断活动：控制器必须对诊断活动进行管理，该诊断活动确保了设备的精确操作。
如上所述，满足所有这些方面的需求的过程变送器中的系统实现方式使得现代微控制器的资源(例如，功耗、存储空间和执行时间)负有重担。考虑到过程变送器产品需求通常超出了微控制器技术的改进，公开了不同的过程变送器架构，这些过程变送器架构允许的性能提高超出了微控制器技术改进可允许的性能提高。这些过程变送器架构有助于例如在不超过功率限制的情况下提供更快的速度(例如，20mS更新速率)、更完善的校正算法、多变量支持以及高级诊断。
术语“DSP”(数字信号处理器)指的是对数字(二进制)信号进行操作的广阔范围的技术。其实现方式典型地是面向硬件的，然而也可以使用由微控制器执行的软件来实现。使用硬件方法的优点是，可以比软件方法更高效地实现计算操作。为此，存在许多可用的成品硬件DSP产品。然而，这些产品的绝大多数都适用于高速、高功率环境，在这样的环境下电流消耗可以容易地超过100mA。由于这些设备被设计为快速运转(例如，100MHz)，所以这些设备典型地不允许其功率/性能缩放至回路供电的过程仪器所要求的功率电平。
在示例实施例中，使用DSP，该DSP是操作算法的硬件与协处理器中操作的软件的混合。这具有针对硬件实现(以灵活性为代价)的较低功率的优点以及提供灵活性并便于容易进行更新过程的软件的优点。这种混合DSP架构的示例包括流量计DSP芯片，该流量计DSP芯片使用硬件滤波器以及由软件来配置的协处理器。在本实施例中，硬件可以用于实现多项式方程，该多项式方程根据针对所使用的各种传感器的温度值和A/D转换器值来确定压力。在这些方程中，仅需要系数是可改变的，这可以使用寄存器来处理。
图2-1示出了使用第一架构来改进变送器性能的过程变送器200-1的框图。在图2-1中示出了用于对过程进行监控的三个传感器202，然而该实施例和其他实施例并不限于任何具体数目的传感器。例如，传感器202可以是差压(DP)传感器、压力(P)传感器、温度(T)传感器等。每个传感器202耦合至A/D转换器204，A/D转换器204将传感器输出转换成数字值。每个A/D转换器204经由片选(CS)线、中断(INT)线和串行外围接口(SPI)总线耦合至数字信号处理器210。当A/D转换器204具有更新的传感器信息时，这些A/D转换器204在INT线上产生中断，在被DSP 210使用相应CS线选择之后，所选的A/D转换器204将更新的传感器数据通过SPI总线发送至DSP。每个A/D转换器204从设备将具有单独的CS线(例如，CS1、CS2和CS3)和单独的INT线(例如，INT1、INT2和INT3)，但是可以共享SPI总线。此后，为了简明，将这些线统称为CS线和INT线，但是必须理解，通常将使用不同的CS线和INT线。
在传统过程变送器架构中，微控制器(如，微处理器230)操纵传感器数据处理(例如，计算、补偿等等)功能和通过二线过程回路来传输传感器相关数据的通信功能。而与该传统架构不同，在图2-1中使用的架构中，将单独的DSP 210置于微处理器230与A/D转换器204之间。DSP 210执行传感器接口功能(例如，操纵中断和接收传感器数据)和传感器数据计算功能，而微处理器230执行回路通信功能。
DSP 210读取A/D转换器204通过SPI总线而提供的值，并将这些值存储在输入数据寄存器212中。DSP 210中的协处理器215然后计算输出值，将这些输出值存储在输出数据寄存器217中，并创建面向微处理器230的中断，该微处理器230具有关联的存储器(例如，E2或FRAM存储器)。通常，将通过DSP 210来提供对A/D转换器的微处理器访问，以避免定时问题和总线竞争问题。
一旦微处理器230接收到DSP 210所计算的传感器信息，微处理器230就使用数字通信调制解调器和/或数字至模拟转换器(DAC)来控制过程回路145上的数据传输。在所示的实施例中，将数字通信调制解调器和DAC合并到单个通信电路芯片240中。然而，在其他实施例中，使用单独的数字通信调制解调器和DAC芯片。以单片形式对这些电路的表示并不将所公开的实施例限于这种配置。数字通信调制解调器的示例是使用HART通信协议在二线过程回路145上进行通信的HART调制解调器。回路通信也可以是通过其他工业标准通信协议来实现的。适合的工业标准通信协议的示例包括但不限于：
Figure GPA00001052741800061
FOUNDATIONTM现场总线、Profibus-PA和控制器局域网(CAN)。在附图中将数字通信调制解调器表示为
Figure GPA00001052741800062
调制解调器的形式仅仅是示例，并不会将所公开的实施例限于通信协议。
Figure GPA00001052741800064
滤波器245耦合至过程回路的4-20mA线路并滤除DC分量，使得可以对
Figure GPA00001052741800065
通信中使用的频移键控(FSK)信号进行分析。DAC用于控制输出电路250，该输出电路250设置回路145上的4-20mA电流。数字通信调制解调器用于经由输出电路250在电流回路上发送数字信号。例如，使用CS和SPI总线线路来实现与数字通信调制解调器或DAC的通信。此外，对于通信电路240的数字通信调制解调器部分，在微处理器230与通信电路240之间的发送数据(TXD)/接收数据(RXD)的线路还用于控制数字数据的发送或接收。在电路240与输出电路250之间提供发送数据线和信号(TXA)，以控制输出电路，从而便于回路上的数字通信。可以从通信电路的DAC部分向输出电路250提供1比特信号MSB(例如，最高有效位信号)，该信号是脉冲密度调制信号，以控制回路电流电平。
除了操纵过程回路上的通信功能之外，微处理器230还控制其他通信功能，如，控制器局域网(CAN)通信。在所示实施例中，SPI至CAN通信芯片使用INT、CS和SPI总线线路在微处理器230与CAN设备之间进行通信。此外，微处理器230与诊断A/D转换器270进行通信，该诊断A/D转换器270用于诊断和监控系统的安全操作。在示例实施例中，A/D 270是与监控回路电流电平、供电电压电平、基准功率和其他电压以及板上温度(board temperature)相结合使用的10比特设备。
在过程变送器200-1使用的架构中，微处理器230并不承担处理测量通道的A/D中断以及对传感器数据进行计算这些传统任务。取而代之地，微处理器230被主要保留地用于通信或系统控制。这是尤其有用的，因为在由过程回路145供电的过程变送器可用的低功率电平的情况下，主微处理器很难跟得上更快的采样速率(导致更快的中断速率，等等)。
图2-1示出了被配置为通过过程控制回路来进行通信的过程变送器。然而，其他实施例也可以被配置为与控制室、其他过程设备或与一般的其他设备进行无线通信。在图2-2中提供了这种无线通信的过程变送器200-2的示例。过程变送器200-2具有与图1所示的过程变送器200-1的架构相同的架构，区别在于通过过程控制回路来传输数据的组件。例如，由于过程变送器200-2不通过过程控制回路来进行通信(或者至少并不仅仅如此)，因此输出电路250不需要包含在所有实施例中。类似地，可以省略通信电路芯片240和HART滤波器245，或者可以使其任何必要功能实现在其他地方，例如，实现在无线通信模块280中，该无线通信模块280可以替代来自过程变送器200-1的与回路通信有关的组件。如果既需要无线通信又需要通过过程控制回路的通信，则通信模块280例如可以包括组件240、245和250，并且可以单独连接至微处理器230。
根据应用，无线通信模块280可以适于根据任何合适的无线通信协议进行通信，这些无线通信协议包括但不限于：无线网络技术(如，IEEE 802.11(b)无线接入点以及由Linksys of Irvine，California构建的无线联网设备)、蜂窝或数字连网技术(如，Aeris Communications Inc.ofSan Jose，California的
Figure GPA00001052741800071
)、超宽带、全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)、码分多址(CDMA)、扩频技术、短消息传递服务/文本消息传递(SMS)、或任何其他合适的射频无线技术。此外，可以采用已知的数据碰撞技术，使得采用射频通信模块280的多个过程变送器和/或手持现场维护工具可以共存并工作在彼此的无线操作范围内。这种碰撞防止可以包括多个不同的射频信道和/或扩频技术。此外，通信模块280可以是商业上可用的蓝牙通信模块。在图2-1所示的实施例中，通信模块280是变送器200-2内耦合至天线(未示出)的组件，该天线可以是内部天线或外部天线。在其他实施例中，模块280可以在变送器200-2的外部。
出于示例目的，将其余的过程变送器实施例示为耦合至过程控制回路并经由过程控制回路进行通信的类型的过程变送器(例如，有线的实施例)。然而，必须理解，这些实施例中的每一个都应当被解释为还包括对应的无线通信过程变送器实施例。在这些对应的无线实施例中，与通过过程控制回路的通信有关的电路(在对应的有线实施例中示出的)可以被替换成无线通信模块280。此外，由于所采用的公共架构，为了讨论的目的，下文将过程变送器200-1和200-2统称为过程变送器“200”，将图2-1和图2-2统称为“图2”。
图3示出了过程变送器300的框图，该过程变送器300使用与图2所示的过程变送器200所用的架构非常类似的第二架构。在该架构中，将微处理器230从用于控制过程回路145上的4-20mA电流的数据路径上去除。为了实现这一点，直接从DSP 210驱动通信电路240的输出DAC部分。从图3可以看出，CS和SPI总线耦合在DSP 210与通信电路240之间，以便于该数据路径。这使得从A/D转换器204发出压力数据的时刻到模拟输出被更新的时刻的等待时间变短；因为在变送器内需要很少的通信。与电路240的数字通信调制解调器部分的数字通信仍然经过微处理器230至调制解调器(例如参见TXD/RXD线路)，与CAN接口260的数字通信也一样。
图4示出了过程变送器400的框图，过程变送器400使用与图2和图3所示的过程变送器200和300的架构相类似的第三架构。过程变送器400与过程控制器300例如有几方面不同。第一，过程变送器400包括具有通信模块420的形式的附加的专用集成电路(ASIC)。通信模块420是执行以下功能的单个ASIC：来自通信电路240的数字通信(例如，HART)调制解调器、滤波器245、SPI至CAN接口260以及CAN电源电路。此外，如使用虚线所表示的，在一些实施例中，还可以将系统诊断A/D转换器270实现为通信模块420的一部分。
为了允许把来自不同电路组件的这些功能组合成单个通信模块420，把来自通信电路240的DAC功能与数字调制解调器功能分开，这允许在通信模块中实现数字调制解调器功能。然后可以取而代之地在需要时在任何其他地方以独立(stand alone)集成电路(IC)实现DAC电路。在图4所示的实施例中，将DAC电路415添加到DSP 410，然后DSP 410直接与4-20mA输出电路250通信以控制回路布线145上的4-20mA电流。除了与DSP 210区别之处在于包括DAC 415之外，DSP410还可以可选地省略输出寄存器217，因为DAC控制值是直接提供给输出电路250的，而不是由微处理器230通过中断来处理的。
图5示出了使用第四架构的过程变送器500的框图。在过程变送器500中，耦合至传感器202的A/D转换器仅包括模拟电路部分，而不包括通常在A/D转换器内(例如，在A/D转换器204内)实现的数字电路抽取滤波器。如所示的，将多个A/D转换器合并到单个芯片504中。然而，如虚线所表示的，可以取而代之地将A/D转换器504实现为分离的芯片。每个A/D转换器在耦合至DSP 510的一对高速数据(HSD)1比特数据线上提供其传感器相关信号。
实现了与以上参考图4所示DSP 410而描述的功能相类似的功能的DSP 510实现了用于A/D功能的抽取滤波器515。抽取滤波器515创建了表示传感器值的多比特字(例如，24比特字)。为此，抽取滤波器通过以较低频率进行下采样而生成长字，将HSD线上提供的高速1比特信号转换成多比特字。然后，如在先前实施例中一样，可以将通过抽取滤波器的下采样而产生的多比特字存储在输入寄存器212中。可以包括SPI通信寄存器520，该SPI通信寄存器520用作输入和/或输出寄存器，用于存储要在一个或更多个SPI总线上传送的数据。如所示的，该实施例并非一定需要针对DAC的输出寄存器，因为DAC 415可以直接从DSP 510的协处理器215获得必要的数据。然而，为此目的或其他目的，例如允许微处理器230读取用于测试、诊断等的值，可以包括DAC输出寄存器。例如，在图8所示的实施例中示出了这一点，并且以下将进一步详细描述。
在一些可选实施例中，如所示的，微处理器230和A/D转换器504可以为了诊断、配置或其他目的在彼此之间直接通信。通过在过程变送器500中添加将A/D转换器504和微处理器230相连的INT、CS和SPI总线线路，便于进行该通信。此外，可以可选地向过程变送器添加编码器506和解码器508以便于A/D转换器504与过程变送器的其余部分之间的安全通信，而不是(或此外还)使用HSD线在A/D转换器504与DSP 510之间通信。
在过程变送器500中，可以使用三个或更多ASIC配置将模拟组件与数字组件完全分离。采用与其他数字功能一起添加到DSP 510的抽取滤波器功能，可以针对数字组件使用更小的几何结构，并且可以得到更小的功耗。这是重要的因素，因为过程变送器制造商尝试向他们的设备添加越来越多的功能，同时仍然受到相同功率极限的限制。
图6示出了过程变送器600的框图，该过程变送器600使用与过程变送器500的架构相类似的第五架构，但是具有另外的IC集成。从图6可以看出，输出ASIC或通信模块420(可以包括A/D转换器270)与A/DASIC 504合并以形成混合式ASIC 604，因为这两者都是混合式设备。此外，DSP ASIC 510与系统微控制器230合并成单个数字DSP ASIC610，因为这两者都是纯粹的数字设备。这种架构可能最佳地使用了可用技术。最佳“数字”过程可以用于DSP ASIC 610，最佳“混合式”过程可以用于A/D ASIC 604。
图7示出了过程变送器650的框图，该过程变送器650使用与上述架构相类似的第六架构，但是具有另外的IC集成。在过程变送器650中，使用单个ASIC 660来实现A/D转换器、DSP、微处理器和通信模块。在示例实施例中，唯一没有实现在单个ASIC 660内的组件是传感器202、输出电路250以及可选的外部存储器设备232。图7所示的架构由于模拟和数字组件的组合而可能会牺牲一些功率效率，但是也潜在地在集成芯片生产中提供了成本节约。
图8示出了过程变送器700的框图，该过程变送器700使用隔离的测量通道。在该架构的所示实施例中，传感器A/D转换器采用西格玛-德尔塔(∑-Δ)调制器706的形式，该西格玛-德尔塔调制器706提供高速数据信号，例如图5-7所示的那些信号。尽管以西格玛-德尔塔调制器706的形式示出，然而传感器A/D转换器不一定在所有实施例中都是西格玛-德尔塔调制器。此外，在先前图中所示的A/D转换器电路可以采用西格玛-德尔塔调制器的形式。
可以把来自西格玛-德尔塔调制器706的HSD线馈送至数据编码器707，数据编码器707把来自西格玛-德尔塔调制器的数据流组合成单个数据流。该单个数据流通过隔离变压器708，并被提供给包含在DSPASIC 710内的数据解码器709。解码器709将该单个数据流分回单独的数据流。然后，DSP 710内的抽取滤波器515将每个单独的数据流变换成多比特字。然后将每个多比特字存储在数据寄存器212中。尽管在一些图中利用单个方框示出了抽取滤波器515和数据寄存器212，然而如图8所示，可以使用多个抽取滤波器和多个数据寄存器来实现这些电路组件。
除了包括数据解码器709以外，DSP 710与上文描述的架构非常类似地运转。协处理器215同样耦合至数据寄存器212，并被配置为对寄存器212中的数据执行计算。可选地包括DAC寄存器712，用于存储来自协处理器215的数据，在存储之后该数据被作为输入提供给DAC415，以控制输出电路250对回路布线145上的4-20mA电流进行设置。此外，如在上述架构中一样，SPI数据寄存器520耦合至协处理器215和其他组件，以便于与微处理器230的SPI通信。微处理器230同样经由数字通信模块742来控制数字通信。
此外，在DSP 710中示出了可选的通信检测电路720，该通信检测电路720检测与传感器/西格玛-德尔塔调制器的通信是否已被中断，以使得可以相应地通知负责回路布线上的通信的微处理器230。此外，在过程变送器700的流量计实施例中的DSP 710中可选地包括脉冲输出电路725，该脉冲输出电路725耦合在协处理器215与输出电路250之间。脉冲输出电路725控制输出电路250产生脉冲输出，该脉冲输出的频率表示流。耦合至脉冲输出的累加器电路730被配置为基于脉冲输出而保持总流量。
此外，在过程变送器700中包括时钟电路735，该时钟电路735针对组件的操作提供时钟信号。可选地，可以使用第二隔离变压器740来另外地向DSP 710提供时钟信号，同时维持DSP与测量通道电路的隔离。过程变送器700中的两个其他可选组件包括通信解码电路745和故障数据存储电路750。通信解码电路745耦合至数据编码器707，用于为了多种目的(如，诊断功能等)对编码数据进行解码。故障数据存储电路750存储表示传感器或其他组件功能中的故障的数据。
图9示出了过程变送器800的框图，该过程变送器800使用表示前述架构(例如，最初不使用HSD线或隔离特征的过程变送器200、300和400)的升级的架构。在该实施例中，可以通过使用INT、CS方法的SPI总线、通过HSD线或通过这两者来实现变量A/D转换器之间的通信。为了便于经由从A/D转换器204提供的HSD线进行通信，提供了功能与图8所示编码器707相类似的编码器805。还包括隔离变压器810，以提供过程变送器800的DSP与测量通道之间的隔离。在变压器810两端上传输编码的数据。为了对该数据进行解码，在DSP 810内包括解码和抽取滤波器电路815。由于在HSD线与DSP 810之间提供了隔离，所以也可以在SPI总线与DSP 810之间包括隔离电路811(例如可以包括编码电路、隔离变压器和解码电路)。过程变送器800的其他特征与参考其他附图而描述的架构的具有相同标号的特征相同或相类似。为了说明这种HSD和隔离升级可使用的各种不同架构，在图9中把来自图3和4的通信电路240的数字调制解调器部分示为分离的组件840，而不是与DAC 415或与通信模块420中的其他组件相结合。
尽管参考示例实施例描述了本发明，然而本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以进行形式和细节上的修改。例如，可以针对具体实现方式来将不同实施例的各种特征相组合。尽管以专用于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，然而将理解，在所附权利要求中限定的主题并不一定限于上述特定特征或动作。相反，上述特定特征和动作是作为实现权利要求的示例的形式而公开的。

Claims (18)

1.一种过程变送器，包括：
至少一个传感器，监控过程变量；
模拟至数字(A/D)转换器电路，耦合到至少一个传感器，并且被配置用于提供表示过程变量值的过程变量数据；
数字信号处理器(DSP)，耦合到A/D转换器电路，以接收过程变量数据，所述DSP包括协处理器，所述协处理器被配置用于从A/D转换器电路接收过程变量数据并对所述过程变量数据执行计算，以产生输出数据；
通信电路，被配置用于控制与所述过程变送器的通信；以及
微处理器，与DSP的协处理器分离，所述微处理器耦合在协处理器与通信电路之间，以控制自DSP至所述通信电路的所述输出数据的移动，用于进行自所述过程变送器的通信。
2.根据权利要求1所述的过程变送器，其中，DSP的协处理器被配置用于：接收来自A/D转换器电路的中断请求，并做出响应以控制与A/D转换器电路的通信。
3.根据权利要求2所述的过程变送器，其中，所述过程变送器被配置用于耦合至回路布线，并且所述通信电路被配置用于控制所述回路布线上的通信，所述过程变送器还包括输出电路，所述输出电路被配置用于耦合至所述回路布线以控制所述回路布线上的4-20mA电流。
4.根据权利要求3所述的过程变送器，其中，所述通信电路包括：
回路电源电路，被配置用于控制所述回路布线上的4-20mA电流；
数字调制解调器，耦合至所述输出电路，并且被配置为使用数字通信协议控制所述输出电路在所述回路布线上进行通信；以及
数字至模拟转换器(DAC)，耦合至所述输出电路，并且被配置用于向所述输出电路提供模拟信号，从而控制所述回路布线上的4-20mA电流。
5.根据权利要求4所述的过程变送器，其中，所述数字通信协议是HART通信协议。
6.根据权利要求4所述的过程变送器，其中，所述DSP耦合至所述DAC以向所述DAC提供数字值，用于控制所述模拟信号并从而控制所述回路布线上的4-20mA电流，并且，所述微处理器耦合至使用所述数字通信协议来控制所述回路布线上的数字通信的所述数字调制解调器。
7.根据权利要求6所述的过程变送器，其中，所述DSP还包括所述通信电路的所述DAC。
8.根据权利要求7所述的过程变送器，还包括：串行外围接口(SPI)至控制器局域网(SPI至CAN)通信电路，耦合至所述微处理器并接收来自所述微处理器的SPI通信。
9.根据权利要求8所述的过程变送器，还包括通信模块，所述通信模块包括所述数字调制解调器和所述SPI至CAN通信电路。
10.根据权利要求9所述的过程变送器，还包括：诊断A/D转换器，耦合至所述微处理器并接收来自所述微处理器的SPI通信。
11.根据权利要求10所述的过程变送器，其中，所述通信模块还包括所述诊断A/D转换器。
12.根据权利要求9所述的过程变送器，其中，与所述至少一个传感器耦合的所述A/D转换器电路仅包括模拟组件，所述A/D转换器电路的模拟组件被配置用于通过与所述DSP耦合的高速数据(HSD)数据线路对来提供表示过程变量数据的输出，其中，所述DSP还包括抽取滤波器电路，所述抽取滤波器电路耦合至所述高速数据线路对，并且被配置用于将所述A/D转换器电路的输出转换成表示所述过程变量数据的多比特数字字。
13.根据权利要求12所述的过程变送器，还包括混合式专用集成电路(ASIC)，所述混合式ASIC包括所述通信模块以及所述A/D转换器电路的模拟组件。
14.根据权利要求13所述的过程变送器，还包括数字DSP ASIC，所述数字DSP ASIC包括所述DSP和所述微处理器。
15.根据权利要求12所述的过程变送器，还包括组合的模拟和数字ASIC，所述组合的模拟和数字ASIC包括所述DSP、所述微处理器、所述通信模块以及所述A/D转换器电路。
16.根据权利要求12所述的过程变送器，其中，所述A/D转换器电路包括西格玛-德尔塔转换器电路，所述过程变送器还包括：
数据编码电路，耦合至所述西格玛-德尔塔转换器电路，并将所述西格玛-德尔塔转换器电路的输出编码成单个数据信号；
数据解码电路，位于所述DSP中并耦合至所述抽取滤波器电路，所述数据解码电路将所述单个数据信号解码成多个数据信号，并将所述多个数据信号提供给所述抽取滤波器电路，以转换成表示所述过程变量数据的多比特数字字；以及
隔离变压器，耦合在所述数据编码电路与所述数据解码电路之间。
17.根据权利要求16所述的过程变送器，还包括：
时钟电路，向所述西格玛-德尔塔转换器以及向所述数据编码电路提供时钟信号；以及
时钟信号隔离变压器，耦合在所述时钟电路与所述DSP之间，用于向所述DSP提供所述时钟信号并且同时将所述DSP与所述时钟电路隔离。
18.根据权利要求2所述的过程变送器，其中，所述通信电路包括无线通信模块。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102032928A (zh) * 2010-12-15 2011-04-27 上海工业自动化仪表研究院 一种通用型hart变送模块及工作方法
CN103217181A (zh) * 2012-01-19 2013-07-24 罗斯蒙德公司 用于过程仪表设备的即插即用型传感器外围元件
US20170093533A1 (en) 2015-09-30 2017-03-30 Rosemount Inc. Process variable transmitter with self-learning loop diagnostics

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010108803A2 (de) 2009-03-25 2010-09-30 Endress+Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh+Co. Kg Verfahren und schaltung zur signalübertragung über eine stromschleife
DE102009029495A1 (de) * 2009-09-16 2011-03-24 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Messumformer für ein Multisensorsystem, insbesondere als Feldgerät für die Prozessautomatisierungstechnik und Verfahren zum Betreiben des Messumformers
JP5293652B2 (ja) * 2010-03-11 2013-09-18 横河電機株式会社 フィールド機器
CA2903695A1 (en) * 2013-03-14 2014-10-02 Rosemount Inc. Communications unit for an industrial process network
DE202013101455U1 (de) * 2013-04-05 2014-07-09 Weidmüller Interface GmbH & Co. KG Funktionselektronikmodul
US9544027B2 (en) 2014-02-19 2017-01-10 Texas Instruments Incorporated Loop powered transmitter with a single tap data isolation transformer and unipolar voltage converters
EP2921918A1 (en) * 2014-03-19 2015-09-23 Siemens Aktiengesellschaft Smart field device for use in automation and control systems
US9106488B1 (en) * 2014-08-23 2015-08-11 Smart Embedded Systems, Inc. Energy efficient highway addressable remote transducer soft modem
CN105182131B (zh) * 2015-09-10 2018-04-03 中国家用电器研究院 通用测试方法
US20170257918A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-07 Basic6 Inc. Universal led driver switching circuit
DE102017110633B3 (de) * 2017-05-16 2018-11-15 Krohne Messtechnik Gmbh Anzeigegerät für die Prozessautomation
US11308023B2 (en) * 2020-03-24 2022-04-19 Microchip Technology Incorporated Method and system for enhanced SPI communication
CN113131967B (zh) * 2021-06-17 2021-08-31 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 Cdma安全编码、解码方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6021162A (en) * 1997-10-01 2000-02-01 Rosemount Inc. Vortex serial communications
CN1313964A (zh) * 1998-08-21 2001-09-19 罗斯蒙德公司 包含电阻性器件的过程控制装置诊断
US20060290328A1 (en) * 2005-06-27 2006-12-28 Orth Kelly M Field device with dynamically adjustable power consumption radio frequency communication
CN1898616A (zh) * 2003-12-23 2007-01-17 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 具有扩展的硬件故障识别的过程测量仪表

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IN170265B (zh) 1986-10-02 1992-03-07 Rosemount Inc
US4952032A (en) * 1987-03-31 1990-08-28 Canon Kabushiki Kaisha Display device
US5617574A (en) * 1989-05-04 1997-04-01 Texas Instruments Incorporated Devices, systems and methods for conditional instructions
JPH0737198Y2 (ja) * 1989-10-23 1995-08-23 横河電機株式会社 信号伝送器
US5216621A (en) * 1991-02-28 1993-06-01 Mehta Tech. Inc. Line disturbance monitor and recorder system
US5764928A (en) * 1994-09-30 1998-06-09 Rosemount Inc. Microprocessor communication protocol in a multiprocessor transmitter
US5705978A (en) 1995-09-29 1998-01-06 Rosemount Inc. Process control transmitter
FR2774232B1 (fr) * 1998-01-26 2000-02-25 Alsthom Cge Alcatel Dispositif de generation d'impulsions de courant a faible bruit, comparateur de phase, synthetiseur et utilisation correspondants
US7100020B1 (en) * 1998-05-08 2006-08-29 Freescale Semiconductor, Inc. Digital communications processor
US6374379B1 (en) * 1999-02-05 2002-04-16 Teradyne, Inc. Low-cost configuration for monitoring and controlling parametric measurement units in automatic test equipment
US6640308B1 (en) * 1999-04-16 2003-10-28 Invensys Systems, Inc. System and method of powering and communicating field ethernet device for an instrumentation and control using a single pair of powered ethernet wire
US6731953B1 (en) * 2000-06-30 2004-05-04 Nortel Networks Limited Apparatus and method for asymmetrical frequency spectrum utilization in a wireless network
US7095799B2 (en) * 2002-04-29 2006-08-22 Agilent Technologies, Inc. Systems and methods for providing baseband-derived predistortion to increase efficiency of transmitters
DE10221772A1 (de) 2002-05-15 2003-11-27 Flowtec Ag Variables Feldgerät für die Prozeßautomation
US6885949B2 (en) * 2002-07-24 2005-04-26 Smar Research Corporation System and method for measuring system parameters and process variables using multiple sensors which are isolated by an intrinsically safe barrier
US7773715B2 (en) * 2002-09-06 2010-08-10 Rosemount Inc. Two wire transmitter with isolated can output
DE10253572A1 (de) * 2002-11-15 2004-07-29 Vega Grieshaber Kg Drahtlose Kommunikation
DE10352307A1 (de) * 2003-11-06 2005-06-09 Endress + Hauser Flowtec Ag, Reinach Verfahren zum Übertragen von Messwerten zwischen zwei Messumformen
US7262693B2 (en) * 2004-06-28 2007-08-28 Rosemount Inc. Process field device with radio frequency communication
JP4861613B2 (ja) * 2004-08-24 2012-01-25 株式会社豊田中央研究所 データ収集装置
JP4575251B2 (ja) * 2005-07-25 2010-11-04 株式会社東芝 デジタル署名生成装置、デジタル署名検証装置、デジタル署名生成方法、デジタル署名検証方法、デジタル署名生成プログラム及びデジタル署名検証プログラム
US20070067119A1 (en) * 2005-09-16 2007-03-22 Power Measurement Ltd. Rack-mounted power meter having removable metering options module
US7849508B2 (en) * 2006-04-27 2010-12-07 The Invention Science Fund I, Llc Virus immunization using entity-sponsored bypass network
US7321846B1 (en) * 2006-10-05 2008-01-22 Rosemount Inc. Two-wire process control loop diagnostics
WO2008046696A2 (de) 2006-10-17 2008-04-24 Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg System zur flexiblen konfiguration von funktionsmodulen
US7619418B2 (en) * 2007-04-19 2009-11-17 Rosemount Inc. Magnetic flowmeter output verification
DE102007048476A1 (de) * 2007-10-09 2009-04-16 Endress + Hauser Process Solutions Ag Energiesparender Betrieb einer drahtgebundenen Kommunikationsschnittstelle eines Feldgerätes
EP2199881B1 (de) * 2008-12-18 2013-04-24 Endress + Hauser Process Solutions AG Feldgerät der Automatisierungstechnik

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6021162A (en) * 1997-10-01 2000-02-01 Rosemount Inc. Vortex serial communications
CN1313964A (zh) * 1998-08-21 2001-09-19 罗斯蒙德公司 包含电阻性器件的过程控制装置诊断
CN1898616A (zh) * 2003-12-23 2007-01-17 恩德莱斯和豪瑟尔两合公司 具有扩展的硬件故障识别的过程测量仪表
US20060290328A1 (en) * 2005-06-27 2006-12-28 Orth Kelly M Field device with dynamically adjustable power consumption radio frequency communication

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102032928A (zh) * 2010-12-15 2011-04-27 上海工业自动化仪表研究院 一种通用型hart变送模块及工作方法
CN103217181A (zh) * 2012-01-19 2013-07-24 罗斯蒙德公司 用于过程仪表设备的即插即用型传感器外围元件
CN103217181B (zh) * 2012-01-19 2016-12-21 罗斯蒙特公司 一种即插即用型传感器系统以及从即插即用型传感器外围元件获取特征信息的方法
US20170093533A1 (en) 2015-09-30 2017-03-30 Rosemount Inc. Process variable transmitter with self-learning loop diagnostics
CN106556416A (zh) * 2015-09-30 2017-04-05 罗斯蒙特公司 具有自我学习环诊断的过程变量变送器
US10367612B2 (en) 2015-09-30 2019-07-30 Rosemount Inc. Process variable transmitter with self-learning loop diagnostics

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