CN108780124A - 用于测量或控制的可配置的硬件平台 - Google Patents

Abstract

用于监视或控制的系统可以包括可重新配置的输入和输出信道。这种可重新配置信道可以包括少至单个端子和接地引脚，或者这样的信道可以包括三个或四个端子配置，例如用于四端电阻测量。信道重新配置可以完成，例如使用软件启用或固件启用的信道硬件控制。这种信道硬件可以包括模数转换和数模转换能力，包括使用数模转换器来提供场功率或偏置。在例子中，接口电路可以提供可选择的阻抗。

Description

用于测量或控制的可配置的硬件平台

要求优先权

本专利申请要求下列的优先权的权益：(1)Slattery等人于2016年3月11日提交的美国临时专利申请序列号62/306,882、名称为“用于测量和控制的可配置硬件平台”，(代理人案卷号3867.138PRV)；和(2)Kirby等人于于2016年8月22日提交的美国临时专利申请序列号62/377,770、名称为“可编程源-测量接口电路”，(代理人案卷号3867.321PRV)，其全部内容在此引入作为参考。

技术领域

该文件一般地但非限制性地涉及模拟和数字接口电路，并且更具体地涉及具有可配置的模拟和数字操作模式的接口电路。

背景技术

电子模块可用于促进监控或控制应用，例如化学或工业过程控制，运动控制，建筑控制，例如用于控制加热，通风和空调(HVAC)以及SCADA。此类模块可具有提供电流或电压输出的硬件接口，以及用于监控电流，电压或电阻的独立输入(例如使用电阻温度装置(RTD)进行测量)。电子模块可以提供信号调节，例如包括一个或多个滤波或保护设备，并且可以提供模数转换能力。

发明内容

用于控制或监视的电子模块的机械和硬件配置可能非常复杂，特别是在使用大信道数时。在一种方法中，可以使用专用硬件接口信道，例如专门配置用于当前或电压模式操作，并且专门配置用作输入信道或输出信道。这种专用信道可以耦合到机械终端(例如，螺钉终端)。为了提供输入能力，一组输入信道通常被永久地配置为输入。类似地，为了提供输出能力，一组输出信道通常被永久地配置为输出。然而，这种方法可能具有缺点。例如，代替每个信道具有两个物理终端，每个输入或输出可以具有两个或更多个终端。配置为支持电流或电压模式操作的输出可以包括三个或甚至四个端子。这样的额外专用终端可能不必要地使硬件接口混乱，并且专用信道布置可能妨碍灵活性，因为系统要求或特定应用可能规定特定硬件信道的演进分配。

本发明人还已经认识到，用于监视或控制的系统可以替代地包括一个或多个可重新配置信道，例如包括可配置用作输入或输出信道的相应信道。这样的可重新配置信道可以包括少至单个非接地终端和接地或参考终端，或者这样的信道可以包括三个或四个终端配置，例如用于三终端或四终端电阻测量。

信道重新配置可以完成，例如使用软件启用或固件启用的信道硬件控制。这种信道硬件可以包括模数转换和数模转换能力，包括使用数模转换器来提供场功率或偏置。以这种方式，与不可配置的方法相比，可以减少硬件接口的复杂性(例如，连接到终端的物理接口信道的数量，例如螺钉终端)，因为可以灵活地配置特定信道以用于功能作为输入，输出或两者的组合(例如信道也可以提供场功率输出，激励或偏置信号的输入)。

在例子中，软件实现的或固件实现的技术可以包括半连接或自动检测连接到特定信道的终端的负载。例如，这种技术可以包括自动检测误线状态(例如开路，短路状况，或者电源线无意中连接到一个或多个输入或输出端子的情况)。在例子中，这种技术可以包括提示用户基于连接的负载设备的询问来选择适当的模式，例如作为例子，以便于在基于电流的操作模式和基于电压的操作模式之间切换。

在例子中，可配置接口电路可支持多个可选择的操作模式，包括用于可耦合到至少一个现场设备的可配置信道上的模拟测量和模拟输出的模式，接口电路包括：集成电路，包括电流操作模式的可配置驱动电路，其中电阻器耦合到驱动电路，该电阻提供电流测量元件和电流控制元件，并且可配置测量电路被配置为使用所述电阻器监视通过现场设备强制通过所述可配置驱动电路的电流，当可配置驱动电路和可配置测量电路限定可配置信道时，电阻器耦合到可配置驱动电路和可配置测量电路。

该发明内容旨在提供本专利申请的主题的概述。其目的不是提供对本发明的排他性或详尽的解释。包括详细描述以提供关于本专利申请的进一步信息。

附图说明

图1总体上示出了包括接口电路的示例，该接口电路可以包括可配置驱动电路和可配置测量电路，其中接口电路可以耦合到一个或多个现场设备。

图2总体上示出了接口电路的说明性示例，例如包括定义可配置信道的集成电路，该信道被配置为提供各种操作模式。

图3大体上示出了接口电路的另一个说明性示例，例如包括定义可配置信道的集成电路，该信道被配置为提供各种操作模式，包括提供驱动电路和一个或多个外部保护电路。

图4A总体上示出了接口电路的说明性示例，例如具有可配置信道，其被配置为提供可选择的阻抗，其中可配置信道被布置为提供电流环路操作模式，其中在其他地方产生回路电流。

图4B总体上示出了接口电路的说明性示例，例如具有可配置信道，其被配置为提供可选择的阻抗，其中可配置信道被布置为提供电流回路操作模式，其中接口电路提供回路电流的功率。

图5总体上示出了接口电路的说明性示例，例如具有可配置信道，该信道被配置为提供包括产生指定模拟输出电流的模拟电流输出模式。

图6A总体上示出了接口电路的说明性示例，例如具有可配置信道，该信道被配置为提供数字逻辑电平电压输入模式以检测数字输入信号。

图6B总体上示出了接口电路的说明性示例，例如具有可配置信道，信道被配置为提供数字逻辑电平电流输入模式，并且特别地，其中可配置信道被配置为提供电流回路操作模式，其中接口电路提供回路电流的功率。

图7总体上示出了接口电路的说明性示例，该接口电路被配置为提供数字输出模式以迫使电流通过输出端子。

图8总体上示出了接口电路的说明性示例，例如具有可配置信道，该信道被配置为提供模拟电压输入模式以测量模拟输入电压。

图9总体上示出了接口电路的说明性示例，例如具有可配置信道，该信道被配置为提供模拟电压输出模式以产生指定的模拟输出电压。

图10总体上示出了接口电路的说明性示例，例如具有可配置信道，该信道被配置为提供温度测量模式，例如当信道耦合到电阻温度检测器(RTD)时。

图11总体上示出了一种技术，例如方法，其可以包括接收配置信息和选择接口电路的操作模式。

图12总体上示出了一种技术，例如方法，其可以包括向现场设备生成审阅信号，以及接收由审讯信号引出的信息，例如用于选择接口电路的操作模式。

在附图中，不一定按比例绘制，相同的附图标记可以描述不同视图中的类似组件。具有不同字母后缀的相同数字可表示类似组件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式示出了本文件中讨论的各种实施例。

具体实施方式

如上所述，本发明人已经认识到，用于监视或控制的系统可以替代地包括一个或多个可重新配置信道。这种灵活的配置允许系统与包括各种换能器或致动器的各种现场设备互连，作为说明性示例。这样的可重新配置信道可以包括少至单个非接地终端和接地或参考终端，或者这样的信道可以包括三个或四个终端配置，例如用于三终端或四终端电阻测量。信道重新配置可以完成，例如使用软件启用或固件启用的信道硬件控制。信道硬件可以包括模数转换和数模转换功能，包括使用数模转换器来提供场功率或偏置。以这种方式，与不可配置的方法相比，可以减少硬件接口的复杂性(例如，连接到终端的物理接口信道的数量，例如螺钉终端)，因为特定的信道可以灵活配置，以用作输入、输出或两者的组合(例如，信道也可以提供场功率输出、激励或偏置信号的输入，作为说明性示例)。

在例子中，数字-模拟转换电路、模数转换电路、信号调节电路和诸如控制逻辑的其他电路可以使用共享的集成电路或集成模块封装来共同集成。当这些电路或模块封装作为电子控制或监视模块的一部分被包括时，这种集成电路或集成模块封装可以通过节省面积并简化硬件工程任务来促进大信道计数的使用。

如本文所示和所述的可配置接口电路的方面可以包括以下能力中的一个或多个，例如可以通过少量单个信号终端和参考(接地)终端以可配置的方式提供：

1)源电流(例如，4至20毫安(mA))并同时测量负载电压；

2)吸收电流并同时测量电流(例如，4至20mA)；

3)源电流并同时测量电流(例如，4至20mA)；

4)输出电压(例如，选自约-10伏(V)至+10V的范围)并同时测量负载电流；

5)具有短路保护的源极大电流(可选地还吸收大电流)并同时测量电流；

6)测量外部电阻；

7)测量电压；

8)将输入电压转换为逻辑电平(例如，使用逻辑电平的可配置阈值)；

9)将输入或输出电流中的一个或多个转换为逻辑电平(例如，使用逻辑电平的可配置阈值)；

10)容许输出端子上的过电压(例如，维持相对于参考节点约-40V的电压，相对于参考节点约+40V)；和

11)在可配置信道上为同期数字通信和模拟测量提供可选择的阻抗。

根据说明性示例，高外部组件数量和高压开关设备的使用对于提供上述能力不是必需的。这些方面使接口电路在系统中的集成的复杂性变得容易，并且可以从电磁兼容性(EMC)的角度降低系统对无用发射或易感性的脆弱性。

通常，这里描述的接口电路示例的架构可以包括单独的输出和测量路径。如在此描述的说明性示例中所示，与可配置输入/输出功能相关的大多数电路可以使用商业上可获得的制造工艺单片集成。可以简化或消除外部保护装置，例如允许在输出信道上使用少至单个二极管来提供信道保护以抑制电过应力，例如不会对接口电路整体提供的终端阻抗产生不利影响。

可以实现本文档中描述的示例的模式选择，诸如通过启用或禁用集成电路的一个或多个功能块，或者通过使一个或多个节点接地。以这种方式，不需要多路复用电流模式信号。在例子中，只有单个电阻元件(例如，感测电阻器)可以耦合到信道以提供电流设定元件和电流监测元件，而不需要单独的校准电阻器。可以通过监视诸如电阻器之类的电压来确定感测的电流，可以通过监视电路的输出侧上的电阻器的节点相对于参考(例如，地)节点来确定输出电压，并且可以执行电阻测量例如，通过监视相对于参考节点耦合到感测电阻器的中间节点。

可以使用各种技术来提供这里描述的示例的容错性。在一种方法中，串联电阻器可以包括在每个端子上或与相应的集成电路装置引脚串联。然而，本发明人已经认识到这种方法可能具有缺点，因为这种串联电阻器可能以不希望的方式增加端子串联阻抗。这种电阻器还可能产生一个或多个不需要的功率耗散或热管理问题，例如当接口电路位于受限位置时导致不希望的温度升高。相反，这里描述的接口电路和系统示例可以提供可靠的故障保护，同时保持期望的输入阻抗。在例子中，接口电路提供的阻抗可以选择，例如符合与数字通信协议相关的指定阻抗范围，或者为某些工作模式提供更低的阻抗，同时在瞬态或持续的端电压偏移下仍保持容错性。

图1总体上示出了包括接口电路100的示例，该接口电路100可以包括可配置驱动电路104和可配置测量电路106，其中接口电路100可以耦合到一个或多个现场设备，例如现场设备130。短语“现场设备”的使用通常可以指致动器、传感器或其他装置中的一个或多个。现场设备130不需要与接口电路100相距特定距离，但通常相对于接口电路100位于远处。现场设备可以耦合到接口电路，例如使用一个或多个螺钉端子或其他电互连，例如包括第一端子120A和第二端子120B。在例子中，第二终端120B可以在多个现场设备之间共享，作为地面或公共终端。接口电路100可以包括集成电路包102，例如具有与封装102一起容纳的一个或多个单片集成电路。可配置驱动电路104和可配置测量电路106的组合可以定义可配置信道140，接口电路100可包括多个信道，例如在集成电路包102内实现。

在例子中，可配置驱动电路104中的一个或多个、可配置测量电路106和控制电路108可以共同集成在共用的单片集成电路中。控制电路108可以包括状态机、微控制器架构、通用处理器电路中的一个或多个，或者可以包括一个或多个可配置逻辑设备，作为说明性示例。可以提供数字接口114，例如提供串行或并行通信接口中的一个或多个。接口电路100可以提供配置信息，例如通过数字接口114，并且可以由控制电路用于选择接口电路100的操作模式，例如通过启用或禁用包括在可配置驱动电路104或可配置测量电路106中的一个或多个中的各种功能元件。

集成电路包102可以包括一个或多个引脚，例如以允许接口电路100的应用的灵活性。例如，可配置驱动电路104可以耦合到输出引脚116A。感测电阻器112的第一节点可以耦合在输出引脚116A和第二引脚116B之间，例如第二引脚116B耦合到测量电路106的位置。另外，或者另外，感测电阻器112可以位于集成电路包102的内部。测量电路106还可以耦合到第三引脚116C，其耦合到感测电阻器112的第二节点，使得测量电路106可以监测感测电阻器112两端的电压降。在说明性示例中，感测电阻器112可以有助于由接口电路100呈现给端子120A和120B的总阻抗。可配置驱动电路可选地包括可选择的阻抗电路110，例如以改变由接口电路100呈现的输入阻抗。作为说明性示例，接口电路100可支持至少两个可选择的阻抗，包括受控阻抗模式和低阻抗模式。受控阻抗模式可以提供指定的阻抗范围，例如允许信道上的数字通信，包括耦合到终端120A和120B的导体，例如与信道上的其他刺激、测量或组合的刺激和测量同时进行。

图2总体上示出了接口电路200的说明性示例，例如包括定义可配置信道240的集成电路包202，该信道被配置为提供各种操作模式。在图2的详细示例中，集成电路包202可包括具有各种功能块的单片电路。这些块可以包括参考电路260、振荡器电路254、复位管理电路256、通信接口电路252(例如，支持串行外围接口(SPI)协议或其他协议)以及电平移位器电路266。可配置驱动电路，如本文中与其他示例相关，可包括数模转换器电路242，例如具有16位分辨率或其他分辨率，耦合到误差放大器电路244。反馈电路282可以向误差放大器电路244提供输入，使得可配置驱动电路根据接口电路200操作模式保持所需的输出电压或电流。对于数字输出操作模式，可以包括开关驱动器电路262，以便驱动集成电路包202外部的开关(例如，晶体管264)。共同的正电源电压AVdd可以耦合到接口电路200的一个或多个部分。接口电路200可以支持多个参考或接地域，例如具有第一参考节点274，例如耦合到AVss，以及单独的接地节点，例如耦合到第二终端220B。

在图2的说明性示例中，可配置测量电路可包括各种元件，例如具有耦合到输入节点的输入的比较器电路280和可编程数模转换器电路(DAC)258。输入节点可以耦合到外部感测电阻器212的第一节点(或者感测电阻器可以包括在共同共享的集成电路包202内)。可以提供单独的全差分测量路径，例如使缓冲电路284A和284B与各自的多路复用器电路288A和288B串联。以这种方式，可以使用相应的多路复用器电路288A和288B在多个测量信道上共享可编程增益差分放大器276。可编程增益差分放大器276的差分输出可以提供给精确模数转换器电路(ADC)268，例如提供16位分辨率、24位分辨率或另一指定位分辨率。

如在图1的示例中那样，可以将单个电阻器212耦合到可配置信道，以便提供电流设置(例如，控制)、电流测量或电压测量中的一个或多个，而不需要单独的校准电阻。电阻器212的值可小于100欧姆，并且不需要单独的串联保护电阻器。这里描述的示例，例如图2中所示，可以包括各种保护方案，以避免在作为第一端子220A或第二端子220B中的一个或多个发生电压偏移时发生损坏。在例子子中，外部钳位电路270，例如包括一个或多个二极管，可以跨越端子220A和220B放置(对应于标记为IO_P和IOGND的节点)。除了权利要求电路270之外或代替权利要求电路270，电容器278可以放置在端子220A和220B上。

在例子中，可以包括各种“片上”保护电路，例如放大器电路244的输出上的限流电路246，或者一个或多个串联保护电路，例如驱动器输出上的保护电路248，或者在反馈电路282或其他电路的输入端的保护电路286A和286B。保护电路248或电路286A和286B可以包括或可以以与ADI公司(Norwood，MA，USA)在ADG 5462F电路提供的故障保护电路类似的方式实现，例如具有闩锁抗扰度，导通电阻小于10欧姆，使用人体模型(HBM)可抵抗4kV静电放电事件，并具有跨越-40V或更高负电压到+40V或更高正电压的负电压的过压保护，相对于参考电压。这种保护电路通常可称为“信道保护器”。

图3大体上示出了接口电路300的另一个说明性示例，例如包括定义可配置信道的集成电路包202，该信道被配置为提供各种操作模式，包括提供驱动电路和一个或多个外部保护电路。接口电路300可以类似于图1和图2中所示的示例，例如包括通信接口电路252、振荡器电路2S4、复位管理电路256、参考电路260、一个或多个电平移位器电路266、DAC 242、误差放大器电路244、反馈电路282、缓冲电路284A和284B、多路复用器电路288A和288B、可编程增益差分放大器276、精密ADC 268、比较器电路280和阈值选择DAC 258。电路300可包括用于数字电压输出操作模式的外部开关(例如，晶体管264)，例如由开关驱动器电路262、外部电阻器212和端子220A和220B驱动。如在图1和图2的示例中，可以使用各种保护方案。在图3的接口电路300中，可以在端子220A和220B上提供钳位电路270和电容器278。

可以使用一个或多个外部保护电路，例如沿着电流源和吸收路径的第一和第二二极管390A和390B。二极管390A和390B可以用一个或多个片上或片外保护电路代替，例如一个或多个具有与上述ADG 5462F器件类似结构的信道保护器。如果使用单个输出引脚(如图2的示例中)，则可以使用单个二极管或信道保护器，如图2所示(例如，如图2中的保护电路248的位置或在图2的集成电路包202的外部)。使用如图2和图3所示的保护电路作为说明性示例，可以在输出引脚暴露于正或负电压偏移时限制电流。参考图3并且与图2相反，误差放大器电路244可以驱动一个或多个输出晶体管，例如第一晶体管392或第二晶体管394。与第一晶体管392或第二晶体管394相关的电路路径可以包括相应的限流电路346A和346B。

图4A总体上示出了接口电路400A的说明性示例，例如具有可配置信道，其被配置为使用第一可选择的阻抗电路410A和第二可选择的阻抗电路410B中的一个或多个来提供可选择的阻抗，其中可配置信道被设置为提供用于测量模拟电流的模拟电流环操作模式，其中电流在别处产生。通常，在图4A的说明性示例中，接口电路400A可以将来自外部现场设备的电流(例如耦合到端子220A和220B的传感器)通过电阻器212(Rsense)路由。限流电路346B可以为强制电流提供通路，并且可以使用精密ADC 268信号链测量在检测电阻器212两端产生的电压。可选择的阻抗电路410B可以提供两种操作模式，包括可控阻抗模式，其中由可选择的阻抗电路410B提供的片上电阻和电阻器212的组合呈现在指定范围内的串联阻抗。例如，指定范围可以包括从大约230欧姆到大约600欧姆的范围，例如关于高速可寻址远程传感器(HART)协议或其他数字通信方案定义的范围。以这种方式，通过监视电阻器212两端的电压而提供的模拟电流测量可以与叠加在由端子220A和220B限定的信道上的数字通信同时发生，例如由HART调制解调器401提供的数字通信，其电容耦合到模拟电流测量信道。在图4A中说明性地示出的“测量路径”可以附加地或替代地用于测量在电阻器212端子中的任一个处产生的输出电压，例如相对于地或另一参考电压。

关于HART协议，一般而言，HART协议允许交流(AC)通信信号叠加在较低频率的4-20mA模拟电流信号上。根据这里的示例的接口电路可以测量或驱动4-20mA电流回路，同时HART事务(例如，发送接收)正在发生。在HART协议的上下文中的“低阻抗”设备可以指在发生HART发送接收时测量4-20mA范围内的模拟电流的设备。在HART协议的上下文中的短语“低阻抗”可以指230至600欧姆之间的受控阻抗。在不与HART通信同时使用电流测量信道的应用中，通常需要较低的阻抗，例如小于为HART规定的230欧姆的最小阻抗。因此，图4A和4B的示例以及本文的其他示例可以包括如上文和下文所述的可选择的“终止”阻抗。

图4B总体上示出了接口电路400B的说明性示例，例如具有可配置信道，其被配置为使用第一或第二可选择的阻抗电路410A或410B中的一个或多个来提供可选择的阻抗，其中可配置信道用于提供模拟电流环操作模式，其中环路电流的功率由接口电路400B提供。图4B可以包括与图4A的示例类似的电路拓扑，但是在图4B的操作模式中，接口电路400B迫使近似AVdd的电压到电阻器212上。由检测电阻器提供的IR降可用于限制由接口电路400B提供的最大电流，例如除了限流电路346A或代替限制电路346A，并且可以使用通过误差放大器电路244示出的反馈路径提供闭环调节。电阻器212可以同时用于测量电流，例如使用精确ADC 268信号链以类似于图4A的示例的方式使用所指示的“测量路径”。另外或替代地，可以使用测量路径测量在电阻器212的任一端产生的电压。在图4A和图4B的示例中，更详细的反馈放大器拓扑482被示出为说明性示例。

对于不需要可选择的阻抗的模拟电流测量(例如，非HART实现)，由可选择的阻抗电路410A和410B提供的串联阻抗可以被开关旁路(例如，每个电路410A和410B中所示的并联晶体管)，或者可以省略可选择的阻抗电路410A和410B。当绕过可选择的阻抗电路410A和410B时，由图4A的操作模式的接口电路400A或图4B的操作模式的接口电路400B呈现的阻抗可以是较低阻抗，例如小于约100欧姆，但具有非零值并且包括来自电阻器212的贡献。

图5总体上示出了接口电路500的说明性示例，例如具有可配置信道以提供包括产生指定模拟输出电流的模拟电流输出模式。以类似于图4B的操作模式的方式，高侧开关392可用于将电阻器212的端子耦合到AVdd节点。与图4B相反，代替仅通过监视电阻器212两端的电压来限制电流并测量由现场设备节流的电流，误差放大器电路244可以与反馈电路482结合使用伺服模高侧开关，为现场设备建立指定的模拟输出电流。如在此描述的其他示例中，测量路径可以包括使用精密ADC 268，例如用于监视电阻器212两端的电压，或者用于监视接口电路500的输出电压，例如在相对于参考耦合到输出端子220A的电阻器的节点处(例如，耦合到端子220B的地节点)。

图6A总体上示出了接口电路600A的说明性示例，例如具有可配置信道以提供数字逻辑电平电压输入模式以检测数字输入信号。在图6A的示例中，两条路径可用于提供电压模式数字输入信号的检测。第一路径可以包括将电阻器212的节点处的电压路由到阈值比较器电路280。可以检测各种不同的数字信令方案，例如使用由阈值选择DAC 258提供的可编程阈值。或者，或者此外，差分测量输入信道可以以单端方式操作(例如，通过使用多路复用器电路288A将输入端之一耦合到地)，并且可以使用精密ADC 268信号测量或数字化输入电压。

图6B总体上示出了接口电路600B的说明性示例，例如具有可配置信道以提供数字电流输入模式，并且特别地，其中可配置信道被配置为提供电流操作模式，其中用于回路电流的功率由接口电路600B提供。以类似于图4B的操作模式的方式，高侧开关392可用于将电阻器212的端子耦合到AVdd节点。由于现场设备中断耦合到接口电路600B的电流回路，所以电阻器212的端子处的电压可以被路由到比较器电路280。反馈电路482可用于提供反馈，例如用于闭环电流限制方案。可选地，可以测量数字输入电流的值，例如使用精密ADC 268信号链。如在此描述的其他示例中，图6B的示例中描绘的操作模式将大部分电流约束到通过可配置驱动器电路的高侧开关392的路径。反馈和测量路径携带的电流具有比通过驱动电路的电流源或下沉路径低几个数量级的值。

图7总体上示出了接口电路700的说明性示例，该接口电路700被配置为提供数字输出模式以迫使电流通过输出端子220A。接口电路700可包括开关驱动器电路262，例如耦合到位于接口电路700的集成电路包202外部的开关(例如，PMOS晶体管264)。晶体管264可迫使电流通过包括IO_P节点在第一终端220A处，并且可以使用由第二终端220B提供的返回路径。可以监视在连接到第一端子220A的10P输出节点处产生的电压，例如通过将电阻器的端子耦合到精密ADC 268测量信号链，并测量相对于地节点的电压(以类似于图6A的示例的方式)。

图8总体上示出了接口电路800的说明性示例，例如具有可配置信道以提供模拟电压输入模式以测量模拟输入电压。以类似于图6A和图7的方式，可以监视在IOP输出节点处提供的电压，例如通过将电阻器的端子耦合到精密ADC 268测量信号链，并且测量相对于地节点的电压。

图9总体上示出了接口电路900的说明性示例，例如具有可配置信道以提供模拟电压输出模式以相对于IOGND节点在IOP节点处生成指定的模拟输出电压。通过反馈电路482到误差放大器电路244的反馈路径可用于调节在耦合到IO_P节点的电阻器212的端子处产生的输出电压。可以使用精密ADC 268信号链将输出电流或输出电压中的一个或多个馈送通过测量电路，如图9所示。如果监视输出电压，则ADC 268信号链可以被配置为相对于IOGND执行10P端子220A电压的单端测量。在另一示例中，当提供指定的模拟输出电压时，电阻器212两端的电压降可用于监视输出电流。

图10总体上示出了接口电路1000的说明性示例，例如具有可配置信道以提供电阻测量模式，例如用于温度测量模式，例如当信道耦合到电阻温度检测器(RTD)时。作为说明性示例，可以驱动高侧开关392和低侧开关394以在电阻器212的第一端子处(例如，与10P节点相对的端子)建立指定的输出电压。可以使用通过反馈电路482和误差放大器电路244提供的反馈路径来调节电压。可以使用测量电路监视电阻器212两端的电压降，例如使用精密ADC 268信号链。控制电路可以使用关于编程输出电压的信息和与输出相对的电阻器212的端子处的测量电压以及电阻器212的已知值来确定测量的电阻。类似的技术可以用于3或4-导线RTD测量，例如使布线或其他互连导致RTD换能器的电阻贡献无效。例如，可以使用附加的ADC 268输入路径，并且可以执行一系列测量以用于提取由RTD换能器提供的电阻贡献。控制电路可以包括操作模式，其中测量的电阻值被转换成对应于使用中的换能器类型的温度值。

除了别的以外，本发明人已经认识到，流过上述示例中示出和描述的接口电路的测量分支的电流可以限于非常低的电流，例如微安级。使用可配置驱动电路，能够提供或吸收相对较高的电流(例如大于或等于约1毫安(mA))，与测量电路分开，简化了接口电路拓扑和操作，例如通过消除测量信号链内的高压容限或高电流承载切换或多路复用的要求。相反，可以通过启用或禁用测量链或驱动电路信号链中的电路块，或通过将各个节点连接到地来实现模式切换。以这种方式，可以降低接口电路的成本和复杂性(例如通过消除消耗大管芯面积的开关)，而不会牺牲对电压偏移的鲁棒性。

图11总体上示出了技术1100，例如方法，其可以包括接收配置信息和选择接口电路的操作模式。接口电路的操作模式可以包括一个或多个操作模式(以及一个或多个刺激/源、测量或反馈路径的相应布置)，如图4A、图4B、图5、图6A、图6B、图7、图8、图9或图10的示例中所示，并且可以选择这样的操作模式，例如使用包括作为包括接口电路或接口系统的集成电路的一部分的控制电路。在例子中，控制电路可以包括存储在寄存器或存储器电路中的配置表或其他配置信息。例如，在1102处，配置信息可以由接口电路使用数字通信接口接收。这样的配置信息可以实时或接近实时地用于配置接口电路，或者可以存储这样的信息以用于在为特定应用部署时配置接口电路。在一个示例中，在1104处，可以从至少两个可用操作模式中选择电流操作模式。

其他操作模式可包括模拟电流输出模式，使用逻辑电压输入或电流模式信号的数字输入模式、数字输出模式、模拟电压输入模式、模拟电压输出模式或电阻测量模式中的一个或多个。在1106处，如果期望与模拟电流测量同时地与数字信令兼容，则可以选择由接口电路提供的阻抗，以便提供指定的阻抗。例如，可以从至少两个阻抗范围中选择阻抗，包括从大约230欧姆到大约600欧姆的第一范围1108(例如，用于与HART协议信令兼容)，或者较低阻抗1110，例如，用于非HART操作模式。在1112处，可以监视由接口电路提供或沉没的电流，例如使用单个电阻器来进行电流监测和电流限制。根据本文的各种示例，单独的路径可以用于刺激，反馈和测量。

根据本文的各种示例，单独的路径可以用于刺激、反馈和测量。例如，如上面的各种示例中所示和所述，用于提供刺激的电流源或吸收路径可以与用于调节这种刺激的模拟反馈路径分开，并且单独的测量路径可以用于，例如通过全差分可编程增益放大器连接到精密模数转换器。

图12总体上示出了技术1200，例如方法，其可以包括在1202处向现场设备生成审阅信号，以及在1204处接收由审讯信号引出的信息，例如用于选择接口电路的操作模式。接收的信息可包括测量电压、测量电流、测量电阻或根据询问协议确定的这些值的组合中的一个或多个。在例子中，软件实现或固件实现的技术可以包括半连接或自动检测连接到特定信道的终端的负载。例如，这种技术可以包括自动检测误线状态(例如开路、短路状况、或者电源线无意中连接到一个或多个输入或输出端子的情况)。

例如，在1206，这种技术可以包括以下中的一个或多个：对检测到的现场设备的性质进行分类，或者提示用户使用由审讯信号引出的接收信息为接口电路选择适当的操作模式，例如在基于电流的操作模式和基于电压的操作模式。在例子中，根据一个或多个广泛的分类，例如开路条件、短路条件和中间电阻负载条件，可以将连接设备的性质分类为1208。中间电阻可以进一步细分，例如使用对应于广泛分类的电阻范围内的一个或多个子范围。如果检测到电压或电流，则可以进一步分类。这种询问可以是用户命令的，或者可以自动执行，例如在初始加电期间，或者在操作期间以指定的间隔执行，例如在错误接线或传感器故障的情况下提供故障检测或容错。

各种注释

本文档中描述的每个非限制性方面可以独立存在，或者可以以各种排列组合或与本文档中描述的一个或多个其他方面或其他主题组合。

以上详细描述包括对附图的参考，附图形成详细描述的一部分。附图通过图示的方式示出了可以实施本发明的具体实施例。这些实施例通常也称为“示例”。这些示例可以包括除了示出或描述的元件之外的元件。然而，本发明人还考虑了仅提供所示出或描述的那些元件的实例。此外，本发明人还考虑使用所示或所述的那些元件(或其一个或多个方面)的任何组合或置换的示例，关于特定示例(或其一个或多个方面)，或关于本文示出或描述的其他示例(或其一个或多个方面)。

如果本文档与通过引用并入的任何文档之间的使用不一致，则以本文档中的用法为准。

在该文献中，术语“一”或“一个”在专利文献中是常见的，包括一个或多于一个、独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。在本文件中，除非另有说明，否则术语“或”用于表示非排他性的，例如“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”和“A和B”。在本文件中，术语“包括”和“在其中”被用作相应术语“包括”和“其中”的等同词。此外，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，即，除了在权利要求中的该术语之后列出的元件之外的元件的系统、装置、物品、组合物、配方或工艺仍被认为属于该权利要求的范围内。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并不旨在对其对象施加数字要求。

这里描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实现的。一些示例可以包括编码有指令的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作以配置电子设备以执行如以上示例中描述的方法。这种方法的实现可以包括代码，例如微代码、汇编语言代码、更高级语言代码等。此类代码可包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，在例子中，代码可以有形地存储在一个或多个易失性、非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上，例如在执行期间或在其他时间。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如、压缩盘和数字视频盘)、磁带、存储卡或棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。

以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在阅读以上描述后，例如本领域普通技术人员可以使用其他实施例。提供摘要以允许读者快速确定技术公开的本质。提交时的理解是，它不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。而且，在以上详细描述中，各种特征可以组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意图无人认领的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。相反，发明主题可能在于少于特定公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求作为示例或实施例被并入到具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独的实施例，并且可以预期这些实施例可以以各种组合或置换彼此组合。本发明的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种支持可选择的操作模式的可配置接口电路，包括用于可耦合到至少一个现场设备的可配置信道上的模拟测量和模拟输出的模式，所述接口电路包括：

集成电路，包括：

包括电流操作模式的可配置驱动电路，其中电阻器耦合到驱动电路，所述电阻器提供电流测量元件和电流控制元件；和

可配置测量电路，被配置为使用所述电阻器监视通过现场设备强制通过所述可配置驱动电路的电流，所述电阻器耦合到所述可配置驱动电路和所述可配置测量电路；

其中所述可配置驱动电路和所述可配置测量电路限定可配置信道。

2.权利要求1所述的可配置接口电路，其中在电流操作模式中，建立穿过所述可配置驱动电路的电流路径，以获得具有比通过所述可配置测量电路耦合的测量电流高几个数量级值的强制电流。

3.权利要求1或2中任一项所述的可配置接口电路，其中所述可配置驱动电路被配置为至少部分地使用包括作为所述集成电路的一部分的第二电阻器件来提供可选择的阻抗，所述第二电阻器件与所述电阻器分离并且被布置成使用开关选择性地旁路。

4.权利要求3所述的可配置接口电路，其中所述可选择的阻抗在包括受控阻抗范围的至少两个范围之间可切换，以在数字通信信号被叠加到耦合到所述可配置驱动电路的模拟电流信号上时允许所述电流操作模式和同期数字通信。

5.权利要求4所述的可配置接口电路，其中所述至少两个范围包括较低阻抗范围和所述受控阻抗范围，所述可选择的阻抗包括在所述较低阻抗范围和所述受控阻抗范围中来自所述电阻器的贡献。

6.权利要求3至5中任一项所述的可配置接口电路，其中所述受控阻抗范围被指定为从约230至约600欧姆的范围内呈现指定的串联阻抗值。

7.权利要求4所述的可配置接口电路，其中所述可选择的阻抗包括较低阻抗范围，其被指定为当所述驱动电路被配置在具有选择的较低阻抗范围的电流操作模式中时，呈现小于约100欧姆的串联阻抗值但包括来自电阻器的非零电阻贡献。

8.权利要求1至7中任一项所述的可配置接口电路，其中所述可配置驱动电路包括供电的电流操作模式，其中从所述接口电路的电源节点和不供电的电流操作模式提供电流，其中电流由与所述现场设备相关的独立电源供电。

9.权利要求1至8中任一项所述的可配置接口电路，包括与所述可配置驱动电路分开的数字输出，该数字输出被配置为当所述接口电路被配置为数字输出操作模式时在电阻器的端子处驱动数字信号。

10.权利要求1至9中任一项所述的可配置接口电路，其中所述可配置驱动电路包括电压操作模式；和

其中所述可配置测量电路被配置为监视由所述电阻器的端子处的可配置驱动电路提供的电压。

11.权利要求1至10中任一项所述的可配置接口电路，其中所述可配置信道包括第一信道；和

其中所述可配置接口电路包括至少两个信道，包括所述第一信道。

12.权利要求11所述的可配置接口电路，进一步包括电阻器；其中所述电阻器是与所述第一信道相关联的单个电阻器，用作电流控制元件和电流测量元件；

其中与单个相应的电阻器一样少的计数与至少两个信道中的每一个相关联。

13.权利要求1至12中任一项所述的可配置接口电路，其中所述电流操作模式包括在多个可选择的操作模式中，所述可选择的操作模式包括从列表中选择的至少一种其他模式，包括：

控制的电流输出模式；

控制的电压输出模式；

控制的电压测量模式；

温度测量模式；

电阻测量模式；

或通信模式。

14.权利要求1至13中任一项所述的可配置接口电路，其中所述电流操作模式包括在多个可选择的操作模式中；和

其中所述可配置接口电路包括控制电路，该控制电路被配置为控制所述可配置接口电路以向所述现场设备产生审讯信号，并且响应于由所述审讯信号引出的接收信息，所述控制电路被配置为至少确定与检测到的现场相对应的类别。

15.权利要求1至14中任一项所述的可配置接口电路，包括数字接口和控制电路，所述数字接口耦合到所述可配置驱动电路和所述可配置测量电路，所述数字接口被配置为接收配置信息，用于选择所述可配置驱动电路和所述可配置测量电路的操作模式。

16.一种支持可选择的操作模式的可配置的接口系统，包括可耦合到至少一个现场设备的可配置信道上的模拟测量和模拟输出的模式，所述接口系统包括：

电阻器；

集成电路，包括：

包括电流操作模式的可配置驱动电路，其中电阻耦合到所述驱动电路，所述电阻提供电流测量元件和电流控制元件；和

可配置测量电路，被配置为使用所述电阻器监视通过现场设备强制通过所述可配置驱动电路的电流，所述电阻器耦合到所述可配置驱动电路和所述可配置测量电路；

其中，在电流操作模式中，建立穿过所述可配置驱动电路的电流路径，以获得具有比通过所述可配置测量电路耦合的测量电流高几个数量级值的强制电流；和

其中所述可配置驱动电路包括供电的电流操作模式，其中从所述接口电路的电源节点和不供电的电流操作模式提供电流，其中电流由与所述现场设备相关的独立电源供电。

17.权利要求16所述的可配置的接口系统，包括串联保护电路，其耦合在所述电阻器和所述可配置驱动电路之间。

18.一种配置接口电路支持可选择的操作模式的方法，包括可耦合到至少一个现场设备的可配置信道上的模拟测量和模拟输出的模式，该方法包括：

使用包括作为接口电路的一部分的数字接口接收配置信息；

响应于接收所述配置信息，从两个或多个操作模式中选择用于接口电路的电流操作模式，包括至少一个供电的电流操作模式，其中从所述接口电路的电源节点和不供电的电流操作模式提供电流，其中电流由与所述现场设备相关的独立电源供电；和

响应于接收所述配置信息和使用所述接口电路，使用所述电阻器监视通过现场设备强制通过所述接口电路的电流。

19.权利要求18所述的方法，包括：

向所述现场设备产生审讯信号，并作为回应，接收由所述审讯信号引出的信息；和

确定至少一个对应于检测的现场设备的类别。

20.权利要求18或19中任一项所述的方法，其中选择电流操作模式包括至少部分地使用包括作为集成电路的一部分的第二电阻器件提供可选择的阻抗，所述第二电阻器件与电阻器分离并且布置成使用开关选择性地旁路。