CN116324433A - 具有减少的通信线路和中断扩展协议的启用hart的设备 - Google Patents

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CN116324433A CN202180065662.5A CN202180065662A CN116324433A CN 116324433 A CN116324433 A CN 116324433A CN 202180065662 A CN202180065662 A CN 202180065662A CN 116324433 A CN116324433 A CN 116324433A
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Abstract

电流回路(100)包括接收器组件(122)和发射器组件(102)。电流回路(100)还包括：第一导体(132)，其在接收器组件(122)和发射器组件(102)之间；以及第二导体(134)，其在接收器组件(122)和发射器组件(102)之间，以完成电流回路(100)。发射器组件(102)包括：高速可寻址远程换能器(HART)调制解调器；部件，其经由一组部分通用异步接收器‑发射器(UART)通信线路与HART调制解调器通信；以及中断扩展协议控制器，其耦合到HART调制解调器或被包括在HART调制解调器中，并且被配置为支持使用一组部分UART通信线路在HART调制解调器和部件之间的UART通信和非UART通信。

Description

具有减少的通信线路和中断扩展协议的启用HART的设备
背景技术
电子设备和集成电路(IC)技术的激增导致了IC产品的商业化。随着新电子设备的开发和IC技术的进步，新的IC产品被商业化。所需的一个示例IC产品是具有高速可寻址远程换能器(HART)协议兼容性的电流回路设备。此类电流回路设备在本文中称为启用HART的设备，其中HART协议通过与纯模拟主机系统共享电流回路中的一对线而支持通过传统4mA–20mA模拟仪表电流回路进行通信。在电流回路中与启用HART的设备结合使用的其他部件包括传感器、换能器、模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)、微控制器(MCU)和隔离器。
启用HART的设备面临的问题之一是需要考虑用于MCU主机连接和/或数据转换器的通用异步接收器-发射器(UART)和串行外设接口(SPI)接口。面临此UART和SPI接口问题的两个示例启用HART的设备包括HART协议智能发射器设备和HART协议电流输入模块。解决该问题的常规技术涉及高成本隔离电路和/或高成本HART软件堆栈。在一个示例中，常规启用HART的设备的MCU接口使用超过10个信号来考虑UART和SPI通信。降低启用HART的设备的复杂性和成本的努力正在进行中。
发明内容
根据至少一个示例，一种电流回路包括接收器组件和发射器组件。电流回路还包括：第一导体，其在接收器组件和发射器组件之间；和第二导体，其在接收器组件和发射器组件之间，以完成电流回路。发射器组件包括：高速可寻址远程换能器(HART)调制解调器；部件，其经由一组部分通用异步接收器-发射器(UART)通信线路与HART调制解调器通信；以及中断扩展协议控制器，其耦合到HART调制解调器或被包括在HART调制解调器中，并被配置为支持使用一组部分UART通信线路在HART调制解调器和部件之间的UART通信和非UART通信。
根据至少一个示例，一种启用HART的设备包括UART TXD通信线路和UART RXD通信线路。启用HART的设备还包括耦合到UART TXD通信线路和UART RXD通信线路的HART调制解调器，并且HART调制解调器被配置为支持使用UART TXD通信线路和UART RXD通信线路的UART通信和非UART通信。
根据至少一个示例，一种电流回路发射器模块包括：微控制器(MCU)；以及转换器，其被配置为将模拟信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟信号。电流回路发射器模块还包括HART调制解调器，该HART调制解调器经由UART TXD通信线路和UART RXD通信线路耦合到MCU和转换器。电流回路发射器模块还包括中断扩展协议控制器，该中断扩展协议控制器耦合到HART调制解调器或被包括在HART调制解调器中，并被配置为支持使用UART TXD通信线路和UART RXD通信线路在HART调制解调器和MCU之间以及使用HART调制解调器和转换器之间的UART通信和非UART通信。
附图说明
为了详细描述各种示例，现在将参考附图，其中：
图1是示出根据示例的电流回路的框图；
图2是示出根据示例的启用HART的智能发射器模块的示意图；
图3是示出根据示例的启用HART的电流输入模块的框图；
图4是示出根据示例的电流回路发射器组件的框图；
图5是示出根据示例的2线电流回路的图；并且
图6是示出根据示例的4线电流回路的图。
具体实施方式
本文描述的是电流回路发射器组件中的启用高速可寻址远程换能器(HART)的设备，其中启用HART的设备被配置为支持使用减少的数量的通信线路(例如，UART TXD通信线路和UART RXD通信线路)的通用异步接收器-发射器(UART)通信和串行外设接口(SPI)通信。为了减少通信线路的数量并仍然支持常规UART信令和SPI信令，启用HART的设备(例如，HART协议智能发射器设备或HART协议电流输入模块)采用中断扩展协议。在一些示例中，启用HART的设备使用中断扩展协议和两个UART通信线路(UART TXD通信线路和UART RXD通信线路)，用于与微处理器(MCU)和/或其他部件(诸如数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC))进行UART通信和SPI通信。更具体地，当从MCU向启用HART的设备发送数据时UART TXD线路上的中断条件可以指示，例如，到HART调制解调器、DAC或ADC的控制写入命令或控制写入数据。此外，当从启用HART的设备向MCU接收数据时RXD通信线路上的中断条件可以指示，例如，控制读取数据、状态异常或中断写入命令的确认。在一些示例中，当UART TXD通信线路或UART RXD通信线路处于“空”(逻辑低)电平持续长于或等于预定间隔(例如，UART电报中的11位)时，发生中断条件。该中断条件将等同于具有奇偶校验错误的全零位字符，并用作除HART电报数据之外的特殊控制命令和控制数据的异常条件。
在一些示例中，提出的启用HART的设备采用不同的选项来降低成本、复杂性和功耗。例如，使用UART通信线路使提出的启用HART的设备能够保持大部分HART堆栈软件不变，其中UART TXD通信线路和UART RXD通信线路是MCU和启用HART的设备之间的通信所需的最小数量的通信线路。其他通信线路诸如：ADC和DAC SPI线路(通常为4线路)；HART调制解调器到MCU中断请求(IRQ)线路；以及UART控制信号线路(RTS/CTS/CD线路)是可选的，因为中断命令和中断异常可以执行这些相同的功能。在提出的启用HART的设备中，中断扩展协议实现了本文所述的增强特征(以支持用有限的通信线路进行UART信令和SPI信令)，而无需添加附加功耗。由于接口UART总线承载了系统的大部分电容负载，因此提出的中断扩展协议的功耗由UART总线的转变事件支配。虽然提出的启用HART的设备使用更高的UART波特率，但每单位HART电报事务的总线转变的总数几乎保持不变。
在一些示例中，提出的启用HART的设备实现了集成转换器(ADC或DAC)控制、兼容的HART调制解调器协议控制和低功耗。为了更好的理解，使用下面的附图描述了各种启用HART的设备选项和相关的发射器组件或电流回路场景。
图1是示出根据示例的电流回路100的框图。在图1中，电流回路100使用发射器组件102、接收器组件122、发射器组件102和接收器组件122之间的第一线132以及发射器组件102和接收器组件122之间的第二线134形成。在图1的示例中，发射器组件102对应于集成电路(IC)部件，或者IC部件和分立部件的组合。如果使用多个IC部件和/或分立部件，则可以使用印刷电路板(PCB)以将发射器组件102的多个IC部件和/或分立部件耦合在一起。此外，接收器组件122对应于IC部件，或者IC部件和分立部件的组合。同样，如果使用多个IC部件和/或分立部件，则可以使用PCB以将接收器组件122的多个IC部件和/或分立部件耦合在一起。
在图1的示例中，发射器组件102包括传感器104，该传感器104耦合到ADC 106以提供来自传感器104的数字感测数据。传感器104的示例包括压力传感器或温度传感器。ADC106的输出耦合到MCU 108，该MCU 108被配置为处理、存储感测数据和/或将感测数据转发到启用HART的设备110。启用HART的设备110的示例包括智能发射器设备或电流输入模块。在不同的示例中，启用HART的设备110包括HART调制解调器、ADC、DAC和/或其他部件。不管启用HART的设备110中包括的特定部件如何，都包括UART接口112以支持与MCU 108和/或发射器组件102的其他部件的通信。在图1的提出的示例中，UART接口112包括中断扩展协议控制器114，以支持使用一组有限的通信线路在启用HART的设备110和发射器组件102的其他部件之间的UART通信和SPI通信。在一些示例中，启用HART的设备110仅使用UART TXD通信线路和UART RXD通信线路来支持与发射器组件102的其他部件的UART通信和SPI通信。在其他示例中，启用HART的设备110使用对应于SPI线路(通常为4线路)、HART调制解调器到MCU中断请求(IRQ)线路和UART控制信号线路(RTS/CTS/CD线路)的一个或多个附加通信线路。
通过中断扩展协议控制器114，与传统的启用HART的设备相比，启用HART的设备110能够使用减少数量的通信线路执行与发射器组件102的其他部件的UART信令和SPI信令。如图所示，接收器组件122包括为电流回路100供应电压和电流的电源124。接收器组件122还包括被配置为检测来自发射器组件102的信令的感测电路126。接收器组件122还包括(一个或多个)其他部件128，诸如ADC、处理器和/或被配置为对来自发射器组件102的信令进行解调、存储、处理和/或响应的其他部件。
图2是示出根据示例的启用HART的智能发射器模块200的示意图。在图2的示例中，启用HART的智能发射器模块200是电流回路(例如，图1中的电流回路100)的发射器组件(例如，图1中的发射器组件102)的一部分。如图所示，启用HART的智能发射器模块200包括DACHART调制解调器208。启用HART的智能发射器模块200还包括经由UART接口耦合到DAC HART调制解调器208的MCU 204。如图所示，MCU 204还耦合到DAC 206，其中MCU 204和DAC 206经由SPI接口进行通信。MCU 204还耦合到传感器和ADC块202，该传感器和ADC块202被表示为与启用HART的智能发射器模块200分开，其中传感器和ADC块202被配置为向MCU 204提供数字化传感器数据。在操作中，MCU 204存储和/或处理数字化传感器数据。根据需要，MCU 204经由SPI接口和UART接口与DAC 206和/或DAC HART调制解调器208通信。为了调制数据以供耦合到电流回路端子222A或222B的电流回路导体发射，DAC HART调制解调器208经由调制输出(MODOUT)提供数据。
在图2的示例中，启用HART的智能发射器模块200包括各种部件以基于从MODOUT输出的数据执行调制操作。更具体地，启用HART的智能发射器模块200对数据的调制是C1、R1-R6、运算放大器缓冲器210和212、开关(NPN晶体管Q1)、全整流器220和DAC 206的功能。在图2中，全整流器220是启用HART的智能发射器模块200的一部分。在其他示例中，全整流器220在启用HART的智能发射器模块200的外部。
更具体地，启用HART的智能发射器模块200的调制操作涉及运算放大器缓冲器212将MODOUT上的数据的调制与从DAC 206提供给运算放大器缓冲器210的信号求和。此外，NPN晶体管Q1提升运算放大器缓冲器212到BUS节点221的输出信号。在图2的示例中，供应到BUS节点221的电压(V+)可使用不同的电压调节器供应块214、216和218进行调整。电压调节供应块214、216和218还向MCU 204、DAC HART调制解调器208、VREF电压电路系统(未示出)提供功率以提供VREF，其中VREF被提供给DAC 206和电压调节器供应块216。电压调节供应块214、216和218还为VCC模拟电路系统(未示出)提供功率，以便为电压调节器供应块218、DAC 206和运算放大器缓冲器210和212提供VCC。
在一些示例中，启用HART的智能发射器模块(诸如图2的启用HART的智能发射器模块200)包括组合启用HART的智能发射器模块200的部件的启用HART的设备(例如，启用HART的设备110)。在一些示例中，用于启用HART的智能发射器模块200的启用HART的设备包括DAC 206和DAC HART调制解调器208。在其他示例中，用于启用HART的智能发射器模块200的启用HART的设备包括除了MCU 204之外的启用HART的智能发射器模块200的所有部件。另外，在一些示例中，从启用HART的设备中省略全整流器220(例如，全整流器在启用HART的设备和/或启用HART的智能发射器模块200外部)。不管部件的特定组合如何，如本文所述，用于启用HART的智能发射器模块200的启用HART的设备使用中断扩展协议和一组减少的通信线路。
在一个示例中，用于启用HART的智能发射器模块200的启用HART的设备减少了使用的通信线路的数量(例如，不再需要DAC 206和MCU 204之间的SPI通信线路，并且减少了DAC HART调制解调器208和MCU 204之间的UART通信线路)。通过用于启用HART的智能发射器模块200的启用HART的设备，DAC HART调制解调器208能够使用中断扩展协议和一组减少的通信线路(例如，UART TXD通信线路和UART RXD通信线路)与MCU 204进行通信；使用中断扩展协议和一组减少的通信线路(例如，UART TXD通信线路和UART RXD通信线路)与DAC206进行通信；和/或与通常通过SPI/I2C或其他协议控制的任何其他部件进行通信。
在一些示例中，通过用于启用HART的智能发射器模块200的启用HART的设备，启用HART的设备能够仅使用两个通信线路(例如，具有UART TXD通信线路和UART RXD通信线路的紧凑型两线集成接口)和中断扩展协议执行与启用HART的设备的部件和/或启用HART的智能发射器模块200的部件的SPI通信和UART通信。在不同的示例中，仅使用UART TXD通信线路和UART RXD通信线路以及中断扩展协议执行不同的SPI信令选项(例如，/CS、SDI、SDO、SCLK)和UART信令选项(例如，TXD、RXD、RTS、CTS、CD、MCU、IRQ)。在其他示例中，用于启用HART的智能发射器模块200的启用HART的设备使用一组减少的通信线路(与传统的启用HART的设备相比)来支持UART通信和SPI通信(例如，UART TXD通信线路和UART RXD通信线路以及与/CS、SDI、SDO、SCLK、RTS、CTS、CD、MCU和/或IRQ信令相关的至少一个附加通信线路)。通过将中断扩展协议与启用HART的设备和一组减少的通信线路一起使用以支持UART、SPI和/或其他通信协议，简化了启用HART的智能发射器模块200的复杂性，这与传统的启用HART的智能发射器模块相比，减少了IC占用空间和相关成本。此外，需要更少的隔离器(例如，DAC HART调制解调器208使用2个而不是10个隔离器)，这降低了成本和复杂性。
图3是示出根据示例的启用HART的电流输入模块300的框图。在图3的示例中，启用HART的电流输入模块300是电流回路(例如，图1中的电流回路100)的发射器组件(例如，图1中的发射器组件102)的一部分。如图所示，启用HART的电流输入模块300包括DAC HART调制解调器305，该DAC HART调制解调器305被配置为经由UART通信线路和隔离块308(例如，用于每个UART通信线路的隔离器)与外部MCU 314通信。启用HART的电流输入模块300还包括ADC 304，该ADC 304被配置为经由SPI通信线路和隔离块310(例如，用于每个SPI通信线路的隔离器)与外部MCU 314通信。启用HART的电流输入模块300还包括耦合到电流回路端子316A和316B的负载(RLOAD)和信号调节块302，其中信号调节块302的输出被提供给DACHART调制解调器305和ADC 304。在图3的示例中，ADC 304的操作是从参考电压源306接收的参考电压的函数，其中参考电压源306从电压调节器312接收输入电压。在一些示例中，应用于启用HART的电流输入模块300的启用HART的设备包括ADC 304和启用HART的设备110B，其中中断扩展协议和紧凑型两线集成接口用于ADC 304和启用HART的设备110B之间的通信。
在一些示例中，启用HART的电流输入模块(诸如图3的启用HART的电流输入模块300)包括组合启用HART的电流输入模块300的部件的启用HART的设备(例如，启用HART的设备110)。在一些示例中，用于启用HART的电流输入模块300的启用HART的设备包括ADC 304和DAC HART调制解调器305。在其他示例中，用于启用HART的电流输入模块300的启用HART的设备包括启用HART的电流输入模块300的所有部件。不管部件的特定组合如何，如本文所述，用于启用HART的电流输入模块300的启用HART的设备使用中断扩展协议和一组减少的通信线路。
在一个示例中，用于启用HART的电流输入模块300的启用HART的设备减少了使用的通信线路的数量(例如，不再需要ADC 304和外部MCU 314之间的SPI通信线路，并且减少了DAC HART调制解调器305和外部MCU 314之间的UART通信线路)。而且，用于启用HART的电流输入模块300的启用HART的设备减少了隔离器的数量(例如，2个而不是10个)，使得消除了隔离块310并且简化了隔离块308。通过用于启用HART的智能发射器模块300的启用HART的设备，DAC HART调制解调器305能够使用中断扩展协议和一组减少的通信线路(例如，UART TXD通信线路和UART RXD通信线路)与外部MCU 314进行通信；使用中断扩展协议和一组减少的通信线路(例如，UART TXD通信线路和UART RXD通信线路)与ADC 304进行通信；和/或与通常通过SPI/I2C或其他协议控制的任何其他部件进行通信。
在一些示例中，用于启用HART的电流输入模块300的启用HART的设备能够仅使用两个通信线路(例如，UART TXD通信线路和UART RXD通信线路)和中断扩展协议来执行SPI通信和UART通信。在不同的示例中，仅使用UART TXD通信线路和UART RXD通信线路和中断扩展协议执行不同的SPI信令选项(例如，/CS、SDI、SDO、SCLK)和UART信令选项(例如，TXD、RXD、RTS、CTS、CD、MCU、IRQ)。在其他示例中，用于启用HART的电流输入模块300的启用HART的设备使用一组减少的通信线路来支持UART通信和SPI通信(例如，UART TXD通信线路和UART RXD通信线路以及与/CS、SDI、SDO、SCLK、RTS、CTS、CD、MCU和/或IRQ信令相关的至少一个附加通信线路)。通过将中断扩展协议与用于启用HART的电流输入模块300的启用HART的设备和一组减少的通信线路一起使用以支持UART通信和SPI通信，简化了启用HART的电流输入模块300的复杂性，这与传统的启用HART的电流输入模块相比，减少了IC占用空间和相关成本。同样，需要更少的隔离器(例如，2个而不是10个)，这降低了成本和复杂性。
图4是示出根据示例的电流回路发射器组件400(例如，图1中的发射器组件102的至少一部分)的框图。如图所示，电流回路发射器组件400包括耦合到启用HART的设备404的MCU 402。在图4的示例中，启用HART的设备404是图1中的启用HART的设备110、图2中的启用HART的设备110A或图3中的启用HART的设备110B的示例。如图所示，启用HART的设备404包括耦合到MCU 402的相应发射(TX)输出和接收(RX)输入的发射器有限状态机(FSM)406和接收器FSM 408。更具体地，在一些示例中，发射器FSM 406经由UART TXD通信线路450耦合到MCU 402的TX输出，其中发射器FSM 406被配置为处理来自MCU 402的发射数据。此外，接收器FSM 408经由UART RXD通信线路452耦合到MCU 402的RX输入，其中接收器FSM 408被配置为处理到MCU 402的接收数据。
在图4的示例中，启用HART的设备404使MCU 402能够经由发射器FSM 406、由指示中断条件的发生的发射中断控制信号(“TX BREAK DETECT”)控制的解复用器410、先进先出(FIFO)缓冲器414、HART调制解调器423和信号调节部件432将数据发射到电流回路434。在图4的示例中，HART调制解调器423根据HART协议准备作为电报数据424发射的数据并使用发射HART部件426将电报数据424发射到信号调节部件432。启用HART的设备404还使MCU402能够经由信号调节部件432、HART调制解调器423、FIFO缓冲器416、由接收中断控制信号(“RX BREAK GENERATE”)控制的多路复用器412和RX FSM 408从电流回路434接收数据。在图4的示例中，HART调制解调器423使用接收HART部件428根据HART协议解调作为电报数据424接收的数据。
在图4的示例中，当从MCU 402向电流回路434发射数据中存在中断条件持续至少预定间隔时，TX BREAK DETECT变有效。在一些示例中，当UART TXD通信线路处于逻辑低电平持续长于预定间隔(例如，UART电报中的11位)时，检测到中断条件。此外，在一些示例中，UART TXD通信线路450(例如，当MCU 402向启用HART的设备404发送数据时)上的中断条件指示针对被包括在启用HART的设备404中的部件的控制写入命令或控制写入数据。在这种情况下，启用HART的设备404使用中断扩展协议控制器420(图1中的中断扩展协议控制器114的示例)来执行第一组控制操作421(诸如调制解调器控制、DAC控制和/或ADC控制操作)中的任何一个。中断扩展协议控制器420附加地或替代地被配置为执行第二组控制操作422(诸如控制命令/数据和/或异常操作)中的任何一个。根据需要，中断扩展协议控制器420的控制操作涉及与MCU 402和/或对应于ADC和/或DAC的块430的SPI通信或UART通信。如图所示，块430耦合到中断扩展协议控制器420、HART调制解调器423和信号调节部件432。在不同的示例中，中断扩展协议控制器420耦合到HART调制解调器(例如，HART调制解调器423)或在HART调制解调器内。此外，在不同的示例实施例中，中断扩展协议控制器420是硬件(例如，处理器、专用集成电路或ASIC、可编程逻辑)、软件(用于由硬件执行的指令)和/或门的组合。
在图4的示例中，当从电流回路434接收数据中存在中断持续至少预定间隔时，RXBREAK GENERATE变有效。在一个示例中，当UART RXD通信线路452处于逻辑低电平持续长于预定间隔(例如，UART电报中的11位)时，检测到中断条件。此外，UART RXD通信线路(当MCU402向启用HART的设备404发送数据时)上的中断条件指示针对被包括在启用HART的设备404中的部件的控制读取数据、状态异常或中断写入命令的确认。在这种情况下，启用HART的设备404使用中断扩展协议控制器420来执行第一组控制操作421中的任何一个或执行第二组控制操作422中的任何一个。根据需要，中断扩展协议控制器420的控制操作涉及与MCU402和/或块430的SPI通信或UART通信。在不同的示例中，中断扩展协议和一组减少的通信线路(例如，UART TXD通信线路450和UART RDX通信线路452)用于：HART调制解调器423和MCU 402之间的通信、HART调制解调器423和块430的DAC之间的通信、HART调制解调器423和块430的ADC之间的通信，和/或HART调制解调器423和通常通过SPI/I2C或其他协议控制的任何其他部件之间的通信。
图5是示出根据示例的2线电流回路500的图。在图5的示例中，2线电流回路500包括具有电流回路端子516和518的输入隔离的2线传感器发射器模块502。如图所示，输入隔离的2线传感器发射器模块502还包括发射器512，该发射器512具有耦合到电流回路端子516的电压供应端子并且具有耦合到电流回路端子518的输出电流(IOUT)输出。发射器512还耦合到2线接地514。电流回路端子516处的电压还提供给具有初级线圈(L1)和次级线圈(L2)的变压器(T1)，其中L1的第一端耦合到电流回路端子516，并且L1的第二端是2线接地514，并且其中L2的第一端耦合到ADC与处理器块504和隔离接地508。如图所示，ADC与处理器块504还耦合到隔离接地508和传感器506。在ADC与处理器块504和发射器512之间是数据隔离块510，该数据隔离块510使得能够从ADC与处理器块504向发射器512进行通信(例如，传感器数据或结果信号)。
在图5的示例中，2线电流回路500还包括耦合到输入隔离的2线传感器发射器模块502的2线模拟输入模块522。如图所示，2线模拟输入模块522包括电流回路端子532和534，其中电流回路端子534耦合到感测电阻器(RSENSE)。在图5的示例中，RSENSE两端的电压由ADC524数字化。2线模拟输入模块522还包括用于电流回路500的电源526，其中电源526耦合在电流回路接地528和电流回路端子532之间。
在操作中，电源526被配置为供应足够的电压以供电流(4mA-20mA)在电流回路500中从2线模拟输入模块522流向输入隔离的2线传感器发射器502(经由电流回路端子532和516)并返回到电流回路接地528(经由电流回路端子518和534)。根据需要，输入隔离的2线传感器发射器模块502将传感器数据或相关信令传送到2线模拟输入模块522，其中发射器512包括启用HART的设备(例如，图1中的启用HART的设备1101、图2中的启用HART的设备110A、图3中的启用HART的设备110B或图4中的启用HART的设备404)，如本文所述，该启用HART的设备支持使用中断扩展协议和减少数量的UART通信线路的UART通信和SPI通信。
图6是示出根据示例的4线电流回路600的图。在图6的示例中，4线电流回路600包括具有电流回路端子614、616、618和620的完全隔离的4线传感器发射器模块602。如图所示，完全隔离的4线传感器发射器模块602还包括传感器604，该传感器604具有经由具有初级线圈(L3)和第二线圈(L4)的变压器(T2)耦合到电流回路端子614的电压供应(SUPPLY)输出。完全隔离的4线传感器发射器模块602还包括发射器608，该发射器608具有经由具有初级线圈(L5)和次级线圈(L6)的变压器(T3)耦合到电流回路端子614的电压供应(SUPPLY)输出。换句话说，T2为传感器604提供电压供应，而T3为发射器608提供电压供应。
在图6的示例中，表示了各种接地，包括电流回路接地640、4线接地612和隔离接地610。如图所示，L3的第一端耦合到电流回路端子614并且L3的第二端耦合到电流回路接地640。此外，L4的第一端耦合到传感器604并且L4的第二端耦合到隔离接地610。此外，L5的第一端耦合到电流回路端子614并且L5的第二端耦合到电流回路接地640。此外，L6的第一端耦合到发射器608并且L6的第二端耦合到4线接地612。在传感器604和发射器608之间是数据隔离块606，该数据隔离块606使得能够从传感器604向发射器608进行通信(例如，传感器数据或结果信号)。
在图6的示例中，4线电流回路600还包括耦合到完全隔离的4线传感器发射器模块602的4线模拟输入模块622。如图所示，4线模拟输入模块622包括电流回路端子632、634、636和638，其中电流回路端子634和636耦合在感测电阻器(RSENSE)两端。在图6的示例中，RSENSE两端的电压由ADC 624数字化。4线模拟输入模块622还包括用于电流回路600的电源626，其中电源626耦合在电流回路接地640和电流回路端子632之间。通过图6的布置，4线模拟输入模块622的端子638耦合到电流回路接地640和完全隔离的4线传感器发射器模块602的端子620以将电流回路接地延伸至完全隔离的4线传感器发射器模块602。
在操作中，电源626被配置为供应足够的电压用于电流(4mA-20mA)在电流回路600中从4线模拟输入模块622流向完全隔离的4线传感器发射器602(经由电流回路端子632和614)并返回到电流回路接地640(经由电流回路端子638和620)，其中L3和L5耦合到电流回路接地640。此外，发射器608经由完全隔离的4线传感器发射器602的电流回路端子616、618和4线模拟输入模块622的电流回路端子634、636将从完全隔离的4线传感器发射器602传送的差分信号输出到4线模拟输入模块622。根据需要，完全隔离的4线传感器发射器模块602将传感器数据或相关信令传送到4线模拟输入模块622，其中发射器608包括启用HART的设备(例如，图1中的启用HART的设备108、图2中的启用HART的设备108A、图3中的启用HART的设备108B或图4中的启用HART的设备404)，如本文所述，该启用HART的设备支持使用减少数量的UART通信线路和中断扩展协议的UART通信和SPI通信。
在一些示例中，中断命令格式包括4个字节(字节1-字节4)，其中字节1指示中断条件，字节2包括命令标识符(ID)，并且字节3和字节4对应于命令数据。此外，一些示例，中断命令响应格式包括4个字节(字节1-字节4)，其中字节1指示中断条件，字节2包括命令响应ID，并且字节3和字节4对应于命令响应数据。此外，在一些示例中，中断异常格式包括4个字节(字节1-字节4)，其中字节1指示中断条件，字节2包括异常ID，并且字节3和字节4对应于异常数据。
在一些示例中，电流回路(例如，图1中的电流回路100；图5中的电流回路500，或图6中的电流回路600)包括：接收器组件(例如，图1中的接收器组件122、图5中的接收器模块522，或图6中的接收器模块622)；发射器组件(例如，图1中的发射器组件102、图5中的发射器模块502，或图6中的发射器模块602)；第一导体(132)，其在接收器组件和发射器组件之间；以及第二导体(134)，其在接收器组件和发射器组件之间以完成电流回路。发射器组件包括：HART调制解调器(例如，图2中的DAC HART调制解调器208、图3中的DAC HART调制解调器305或图4中的HART调制解调器423)；部件(例如，图1中的MCU 108、图2中的MCU 204、图3中的外部MCU 314、图4中的MCU 402、图2中的DAC 206、图3中的ADC 304，或图4中的块430)，其经由一组部分UART通信线路(例如，图4中的UART TXD通信线路450和UART RXD通信线路452)与HART调制解调器通信。在一些示例中，部件包括MCU(例如，图1中的MCU 108、图2中的MCU 204、图3中的外部MCU 314，或图4中的MCU 402)。在一些示例中，部件包括ADC(例如，图3中的ADC 304；或图4中的块430)或DAC(例如，图2中的DAC 206，或图4中的块430)。发射器组件还包括：中断扩展协议控制器(例如，图1中的中断扩展协议控制器114，或图4中的中断扩展协议控制器420)，其耦合到HART调制解调器或被包括在HART调制解调器中，并被配置为支持使用一组部分UART通信线路在HART调制解调器和部件之间的UART通信和非UART通信。
在一些示例中，HART调制解调器和中断扩展协议控制器是启用HART的智能发射器模块(例如，图2中的启用HART的智能发射器模块200)的部件。在一些示例中，HART调制解调器和中断扩展协议控制器是启用HART的电流输入模块(例如，图3中的启用HART的电流输入模块300)的部件。在一些示例中，中断扩展协议控制器被配置为检测一组部分UART通信线路上的中断条件以支持HART调制解调器和部件之间的UART通信和非UART通信。在一些示例中，中断扩展协议控制器被配置为当一组部分UART通信线路中的任何一个处于逻辑低电平持续长于预定间隔时检测到中断条件，并且预定间隔对应于UART电报(例如，图4中的电报数据424)中的11位。在一些示例中，中断扩展协议控制器被配置为当经由一组部分UART通信线路中的一个从部件发送的数据指示控制写入命令或控制写入数据时检测到中断条件。在一些示例中，中断扩展协议控制器被配置为当经由一组部分UART通信线路中的一个从HART调制解调器发送的数据指示控制读取数据、状态异常或中断写入命令的确认时检测到中断条件。
在一些示例中，启用HART的设备(例如，图1中的启用HART的设备110，或图4中的启用HART的设备404)包括：UART TXD通信线路(例如，图4中的UART TXD通信线路450)；UARTRXD通信线路(例如，图4中的UART RXD通信线路452)；以及HART调制解调器(例如，图2中的DAC HART调制解调器208、图3中的DAC HART调制解调器305、图4中的HART调制解调器423)，其耦合到UART TXD通信线路和UART RXD通信线路，并且HART调制解调器被配置为支持使用UART TXD通信线路和UART RXD通信线路的UART通信和非UART通信。在一些示例中，启用HART的设备包括DAC(例如，图2中的DAC 206，或图4中的块430)，该DAC经由UART TXD通信线路和UART RXD通信线路耦合到HART调制解调器。在一些示例中，启用HART的设备包括ADC(例如，图3中的ADC 304，或图4中的430)，该ADC经由UART TXD通信线路和UART RXD通信线路耦合到HART调制解调器。
在一些示例中，电流回路发射器模块(例如，图1中的发射器组件102、图5中的发射器模块502，或图6中的发射器模块602)包括：MCU(例如，图1中的MCU 108、图2中的MCU 204、图3中的外部MCU 314，或图4中的MCU 402)；转换器(例如，图2中的DAC 206、图3中的ADC305或图4中的块430)，其被配置为将模拟信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟信号；HART调制解调器(例如，图2中的DAC HART调制解调器208、图3中的DAC HART调制解调器305，或图4中的HART调制解调器423)，其经由TXD通信线路和RXD通信线路(例如，图4中的UART TXD通信线路450和UART RXD通信线路452)耦合到MCU和转换器；以及中断扩展协议控制器(例如，图1中的中断扩展协议控制器114，或图4中的中断扩展协议控制器420)，其耦合到HART调制解调器或被包括在HART调制解调器中，并被配置为支持使用UART TXD通信线路和UART RXD通信线路(450、452，图4)在HART调制解调器和MCU之间以及HART调制解调器(423)和转换器(DAC 206，图2；ADC 305，图3；块430，图4)之间的UART通信和非UART通信。
在一些示例中，中断扩展协议控制器被配置为支持响应于当UART TXD通信线路上的数据指示控制写入命令或控制写入数据时检测到的UART TXD通信线路上的中断条件的在HART调制解调器和MCU之间或HART调制解调器和转换器之间的UART通信和非UART通信。在一些示例中，中断扩展协议控制器被配置为支持响应于当UART RXD通信线路上的数据指示控制读取数据、状态异常或中断写入命令的确认时检测到的UART RXD通信线路上的中断条件的在HART调制解调器和MCU之间或HART调制解调器和转换器之间的UART通信和非UART通信。在一些示例中，中断扩展协议控制器被配置为支持响应于当UART TXD通信线路或UART RXD通信线路处于逻辑低电平持续长于预定间隔时检测到的UART TXD通信线路或UART RXD通信线路上的中断条件的在HART调制解调器和MCU之间或HART调制解调器和转换器之间的UART通信和非UART通信，并且预定间隔对应于UART电报中的11位。
在本说明书中，术语“耦合”可以涵盖实现与本说明书一致的功能关系的连接、通信或信号路径。例如，如果设备A生成信号以控制设备B执行动作：则(a)在第一示例中，设备A通过直接连接耦合到设备B；或者(b)在第二示例中，如果中间部件C不改变设备A和设备B之间的功能关系，则设备A通过中间部件C耦合到设备B，使得设备B经由设备A生成的控制信号由设备A控制。
在权利要求的范围内，所描述的实施例中的修改是可能的，并且其他实施例也是可能的。例如，调制解调器功能不限于本文描述的UART接口。在一些示例中，调制解调器具有SPI接口。在这些示例中，具有调制解调器的启用HART的设备可以使用中断扩展协议和一组减少的SPI通信线路来实现与本文所述的类似的益处。

Claims (21)

1.一种电流回路，包括：
接收器组件；
发射器组件；
第一导体，其在所述接收器组件和所述发射器组件之间；以及
第二导体，其在所述接收器组件和所述发射器组件之间，以完成所述电流回路，其中所述发射器组件包括：
高速可寻址远程换能器调制解调器即HART调制解调器；
部件，其经由一组部分通用异步接收器-发射器通信线路即一组部分UART通信线路与所述HART调制解调器通信；以及
中断扩展协议控制器，其耦合到所述HART调制解调器或被包括在所述HART调制解调器中，并且被配置为支持使用所述一组部分UART通信线路在所述HART调制解调器和所述部件之间的UART通信和非UART通信。
2.根据权利要求1所述的电流回路，其中所述一组部分UART通信线路包括UART TXD通信线路和UART RXD通信线路。
3.根据权利要求1所述的电流回路，其中所述HART调制解调器和所述中断扩展协议控制器是启用HART的智能发射器模块的部件。
4.根据权利要求1所述的电流回路，其中所述HART调制解调器和所述中断扩展协议控制器是启用HART的电流输入模块的部件。
5.根据权利要求1所述的电流回路，其中所述中断扩展协议控制器被配置为检测所述一组部分UART通信线路上的中断条件以支持所述HART调制解调器和所述部件之间的UART通信和非UART通信。
6.根据权利要求5所述的电流回路，其中所述中断扩展协议控制器被配置为当所述一组部分UART通信线路中的任何一个处于逻辑低电平持续长于预定间隔时检测到所述中断条件，其中所述预定间隔对应于UART电报中的11位。
7.根据权利要求5所述的电流回路，其中所述中断扩展协议控制器被配置为当经由所述一组部分UART通信线路中的一个从所述部件发送的数据指示控制写入命令或控制写入数据时检测到所述中断条件。
8.根据权利要求5所述的电流回路，其中所述中断扩展协议控制器被配置为当经由所述一组部分UART通信线路中的一个从所述HART调制解调器发送的数据指示控制读取数据、状态异常或中断写入命令的确认时检测到所述中断条件。
9.根据权利要求1所述的电流回路，其中所述部件包括微控制器即MCU。
10.根据权利要求1所述的电流回路，其中所述部件包括模数转换器即ADC或数模转换器即DAC。
11.一种启用高速可寻址远程换能器的设备即启用HART的设备，包括：
通用异步接收器-发射器TXD通信线路即UART TXD通信线路；
UART RXD通信线路；以及
高速可寻址远程换能器调制解调器即HART调制解调器，其耦合到UART TXD通信线路和UART RXD通信线路，其中所述HART调制解调器被配置为支持使用所述UART TXD通信线路和所述UART RXD通信线路的UART通信和非UART通信。
12.根据权利要求11所述的启用HART的设备，进一步包括经由所述UART TXD通信线路和所述UART RXD通信线路耦合到所述HART调制解调器的数模转换器即DAC。
13.根据权利要求11所述的启用HART的设备，进一步包括经由所述UART TXD通信线路和所述UART RXD通信线路耦合到所述HART调制解调器的模数转换器即ADC。
14.根据权利要求11所述的启用HART的设备，其中所述HART调制解调器被配置为支持基于中断扩展协议以及所述UART TXD通信线路和所述UART RXD通信线路的UART通信和非UART通信。
15.根据权利要求14所述的启用HART的设备，其中当所述UART TXD通信线路或所述UART RXD通信线路处于逻辑低电平持续长于预定间隔时检测到所述中断扩展协议的中断条件，其中所述预定间隔对应于UART电报中的11位。
16.根据权利要求12所述的启用HART的设备，其中当经由所述UART TXD通信线路从部件发送到所述HART调制解调器的数据指示控制写入命令或控制写入数据时检测到所述中断扩展协议的中断条件。
17.根据权利要求12所述的启用HART的设备，其中当经由所述UART RXD通信线路从所述HART调制解调器发送到部件的数据指示控制读取数据、状态异常或中断写入命令的确认时检测到所述中断扩展协议的中断条件。
18.一种电流回路发射器模块，包括：
微控制器即MCU；
转换器，其被配置为将模拟信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟信号；
高速可寻址远程换能器调制解调器即HART调制解调器，其经由通用异步接收器-发射器TXD通信线路即UART TXD通信线路以及UART RXD通信线路耦合到所述MCU和所述转换器；以及
中断扩展协议控制器，其耦合到所述HART调制解调器或被包括在所述HART调制解调器中，并且被配置为支持使用所述UART TXD通信线路和所述UART RXD通信线路在所述HART调制解调器和所述MCU之间以及在所述HART调制解调器和所述转换器之间的通用异步接收器-发射器通信即UART通信以及非UART通信。
19.根据权利要求18所述的电流回路发射器模块，其中所述中断扩展协议控制器被配置为支持响应于当所述UART TXD通信线路上的数据指示控制写入命令或控制写入数据时检测到的所述UART TXD通信线路上的中断条件的在所述HART调制解调器和所述MCU之间或所述HART调制解调器和所述转换器之间的所述UART通信和所述非UART通信。
20.根据权利要求18所述的电流回路发射器模块，其中所述中断扩展协议控制器被配置为支持响应于当所述UART RXD通信线路上的数据指示控制读取数据、状态异常或中断写入命令的确认时检测到的所述UART RXD通信线路上的中断条件的在所述HART调制解调器和所述MCU之间或所述HART调制解调器和所述转换器之间的所述UART通信和所述非UART通信。
21.根据权利要求18所述的电流回路发射器模块，其中所述中断扩展协议控制器被配置为支持响应于当所述UART TXD通信线路或所述UART RXD通信线路处于逻辑低电平持续长于预定间隔时检测到的所述UART TXD通信线路或所述UART RXD通信线路上的中断条件的在所述HART调制解调器和所述MCU之间或所述HART调制解调器和所述转换器之间的所述UART通信和所述非UART通信，其中所述预定间隔对应于UART电报中的11位。
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