CN105404342A - 现场装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种现场装置，该现场装置包括电流输出电路、传感器电路以及端子部。电流输出电路和传感器电路经由端子部以电流输出电路和传感器电路彼此串联的方式连接至双线环形线路。整流元件仅连接至端子部的传感器电路侧。

Description

现场装置
技术领域
本公开涉及一种双线制现场装置，并且具体涉及一种用于增强具有传感器部的双线制现场装置的抗噪性的技术。
背景技术
用于测量物理量的具有传感器部的双线制现场装置被配置为：由直流电源装置通过环形线路(loopwiring)所提供的恒定电压进行操作，并且还将传感器部的测量结果转换为直流电流值，以将该值输出至环形线路。近来，对与数字信号重叠的直流信号进行发送和接收的技术被广泛采用。
在专利文献1中，如图6A和图6B所示，在具有有效电容Ceff的现场装置中，为了防止电容中积累的电荷被放电至环形线路中，将作为整流元件的二极管D串联至输入侧(图6A)或者正端和负端(图6B)。另外，为了将流过环形线路的高频噪声泄放至地，电容器Ch和电容器Cl分别连接至正端和负端。同时，二极管D被配置为具有冗余结构的三级，但也可配置为一级。
[专利文献1]国际专利公开No.WO95/34027
图7A和图7B是以实际现场装置的电路块的方式原理性示出包括有效电容Ceff的阻抗电路的视图。也即，该现场装置具有电流输出电路310、供电电路/控制电路320以及传感器电路330。同时，省略了连接至环形线路的直接供电系统的元件。
图7A是作为整流元件的二极管340连接至端子部的正端的情况，其与图6A对应。图7B是二极管340连接至端子部的正端并且二极管350连接至端子部的负端的情况，其与图6B对应。
电流输出电路310控制电流使其流入环形线路。供电电路/控制电路320包括向每个电路提供已通过环形线路供应至其中的电力的供电电路、以及用于计算来自传感器电路330的信号并确定流入环形线路的电流的控制电路。将电流输出电路310的阻抗表示为Za，并将供电电路/控制电路320的阻抗表示为Zb。
传感器电路330对物理量进行测量，并将该物理量发送至供电电路/控制电路320。本文中，传感器电路330为接地类型，该类型中传感器电路的参考点接地。因此，由于杂散电容等而使得相对于地存在阻抗Zsh(正端)和阻抗Zsl(负端)。
在现场装置中，由供电电路/控制电路320和传感器电路330构成的并联电路以及电流输出电路310通常以如下状态连接至环形线路：并联电路和电流输出电路310彼此串联，并且电流输出电路310布置在正端。
本文中，假设现场装置的环形线路中混有共模噪声Vn，所述共模噪声Vn是在正端和负端具有相同相位并且关于地进行测量的噪声。由电磁干扰(例如，不必要的辐射)而导致存在共模噪声Vn。
共模噪声Vn通过路径A影响传感器电路330的正端，并且还通过路径B影响传感器电路330的负端，其中路径A从环形线路经由电流输出电路310延伸至传感器电路330的正端，路径B从环形线路延伸至传感器电路330的负端。
在图7A的电路的路径A中，共模噪声Vn被二极管340和电容器Ch整流，并且由电流输出电路310的阻抗Za和传感器电路330的正端阻抗Zsh分压的噪声也被施加至传感器电路330的正端。由于电流输出电路310的阻抗Za通常较大，因此噪声对传感器电路330的影响相对较小。
另一方面，在图7A的电路的路径B中，无法由电容器Cl去除的共模噪声成分被直接施加至传感器电路330。因此，传感器电路330的抗噪性劣化。
相反，在图7B的电路中，路径A与图7A中的路径A相同，但是路径B被配置为使得经二极管350和电容器Cl整流的噪声被施加至传感器电路330。因此，噪声成分没有直接施加至传感器电路330，从而避免了抗噪性的劣化。
在重点关注施加至传感器电路330的噪声幅度的情况下，如图7B所示，最好将二极管连接至正端路径A和负端路径B两者。
然而，如果二极管连接至正端路径A和负端路径B两者，二极管的正向压降施加至正端和负端两者，从而增大了现场装置的最低工作电压。另外，由于在正端和负端均执行整流，因此图中的nA点和nB点之间出现直接电压，从而导致以下副作用：必须增大现场装置内部电路的耐受电压。
发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种双线制现场装置，在所述现场装置中，可在没有将整流元件连接至其端子部的正端和负端两者的情况下增强其抗噪性。
根据本发明的示例性实施例的现场装置包括：
电流输出电路；
传感器电路；以及
包括整流元件的端子部，
其中所述电流输出电路和传感器电路经由所述端子部以电流输出电路和传感器电路彼此串联的方式连接至双线环形线路，并且
其中所述整流元件仅连接至所述端子部的传感器电路侧。
所述端子部可包括连接在所述整流元件与所述传感器电路之间的接地电容。
所述传感器电路可以是参考点接地的接地类型。
所述端子部可包括与所述整流元件串联的电感器。
根据本发明，可在没有将整流元件连接至该现场装置端子部的正端和负端两者的情况下增强双线制现场装置的抗噪性。
附图说明
图1是原理性示出根据本实施例的现场装置的电路配置的框图。
图2A和图2B是对未使用二极管的情况的噪声进行说明的视图。
图3A和图3B是对使用了二极管的情况的噪声进行说明的视图。
图4是原理性示出根据实施例的现场装置的电路配置的另一示例的框图。
图5是示出具有串联至二极管的电感器的电路的视图。
图6A和图6B是示出具有与其连接的二极管以防止有效电容放电的电路的示图。
图7A和图7B是以实际现场装置的电路块的方式原理性示出包括有效电容的阻抗电路的视图。
具体实施方式
将参照附图描述本发明的实施例。图1是原理性示出根据本实施例的现场装置100的电路配置的框图。如该图所示，连接至双线环形线路的现场装置100具有作为主体部的电流输出电路110、供电电路/控制电路120和传感器电路130，并且还具有作为端子部的二极管140以及电容器Ch和Cl，二极管140是整流元件。同时，由于本图着重示出了环形线路中混有的共模噪声，因此省略了连接至环形线路的直接供电系统的元件。
电流输出电路110控制电流使其流入环形线路。供电电路/控制电路120包括用于向每个电路提供已通过环形线路供应至其中的电力的供电电路、以及用于计算来自传感器电路130的信号并确定流入环形线路的电流的控制电路。将电流输出电路110的阻抗表示为Za，并将供电电路/控制电路120的阻抗表示为Zb。
电容器Ch和电容器Cl是用于将流过环形线路的高频噪声泄放到地的电容器，并且这两个电容器分别连接至正端和负端。具体地，电容器Ch连接在地与位于端子部和主体部之间的正端连接点之间，电容器Cl连接在地与位于端子部和主体部之间的负端连接点之间。
传感器电路130旨在测量物理量并将该物理量发送至供电电路/控制电路120。本文中，传感器电路130为接地类型，该类型中传感器电路的参考点接地。因此，由于杂散电容等而使得相对于地存在阻抗Zsh(正端)和阻抗Zsl(负端)。
在现场装置100中，由供电电路/控制电路120和传感器电路130构成的并联电路以及电流输出电路110经由端子部以并联电路和电流输出电路110彼此串联的状态连接至环形线路，并且电流输出电路110布置在正端。
本实施例中，二极管140仅连接至布置有传感器电路130的端子部的负端。具体地，二极管140布置在端子部中与传感器电路130直接连接的导线路径上。此时，二极管140连接至噪声产生端而不是电容器Cl。也即，在二极管140中经过整流的噪声被施加至电容Cl。
如果现场装置100的环形线路中对于路径A混有共模噪声Vn，则无法由电容器Ch去除的各噪声成分中由电流输出电路110的阻抗Za和传感器电路130的正端阻抗Zsh分压的噪声成分被施加至传感器电路130的正端。
也即，当施加至传感器电路130正端的噪声被表示为Vnoize时，可按来计算Vnoize。
电流输出电路110通常实现为电流镜电路或恒定电流电路，并且一般地，Za为约100kΩ至10kΩ的阻抗。另外，由于传感器电路130的正端阻抗Zsh约为100kΩ，因此施加至传感器电路130的噪声变为共模噪声的约1/2，从而使得噪声对传感器电路130的影响相对较小。
对于路径B，经二极管140和电容器Cl整流的噪声被施加至传感器电路130的负端。也即，对于路径A和路径B两者，噪声均不会直接施加至传感器电路130。
例如，如图2A所示，在共模电压Vn为5Vpp和10kHz且电容器Cl为1μF的情况下，当二极管140未连接至路径B时，如图2B所示的具有5V幅度的噪声被施加至传感器电路130，从而使得较大的噪声电流流过传感器电路。
相反，如图3A所示，当二极管140连接至路径B时，噪声对传感器电路130的影响变小，这是由于如图3B所示的具有较小幅度的替代噪声被施加至传感器电路130。
在附图的示例中，共模噪声Vn为5Vpp和10kHz，电容器Cl为1μF，并且二极管140的饱和电流为100nA。由于二极管140的正向电流较大，因此电容器C的充电时间非常短，从而电容器周期的大部分为放电时间，因而此时流动的电流为饱和电流。由于共模噪声的频率为10kHz，因此饱和电流流动的时间段通常为100μs。当有恒定电流i流过电容器时，时间段t期间电容器中的电压变化V可由V＝1/C·i·t获得，因此在这种情况下，噪声幅度为0.15V。
如上所述，根据本实施例的现场装置100，在具有彼此串联的电流输出电路110和传感器电路130的内部电路中，整流元件仅连接至端子部的传感器电路130侧。因此，在一条路径中，由传感器电路130和电流输出电路110分压的噪声被施加至传感器电路130，而在另一条路径中，由整流元件进行整流的噪声被施加至传感器电路130，从而可增强传感器电路130的抗噪性而没有增加最低工作电压或增加内部电路的耐受电压。整流元件可由双极型晶体管或CMOS晶体管构成，来替代二极管。
可替代地，虽然在图1所示的示例中电流输出电路110布置在正端，因此二极管140连接至端子部的负端，但是如图4所示，当电流输出电路110布置在负端时，二极管140可连接至端子部的正端。具体地，二极管140布置在端子部中与传感器电路130直接连接的配线路径上。
另外，如图5所示，可提供电感器或铁氧体磁珠使其与二极管140串联。因此，拓宽了能使噪音减小的频带，从而可进一步增强抗噪性。具体地，具有高频带的噪音受到电感器的限制，并且具有比所述高频带更低的频带的噪声受到二极管140限制。另外，通过将二极管140与电感器进行组合，可在不使用大电感的情况下减小噪声。

Claims (5)

1.一种现场装置，包括：
电流输出电路；
传感器电路；以及
包括整流元件的端子部，
其中所述电流输出电路和所述传感器电路经由所述端子部以所述电流输出电路和所述传感器电路彼此串联的方式连接至双线环形线路，并且
其中所述整流元件仅连接至所述端子部的传感器电路侧。
2.根据权利要求1所述的现场装置，其中所述端子部包括连接在所述整流元件与所述传感器电路之间的接地电容。
3.根据权利要求1或2所述的现场装置，其中所述传感器电路为参考点接地的接地类型。
4.根据权利要求1或2所述的现场装置，其中所述端子部包括与所述整流元件串联的电感器。
5.根据权利要求3所述的现场装置，其中所述端子部包括与所述整流元件串联的电感器。
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