HART调制解调器芯片，助力工控企业智能化转型
当下国际供应链断裂，我国工业控制系统卡脖子现象进一步加剧，一大批优质的工控企业受制于人，更凸显出中国在工业控制领域的短板。作为工业控制系统的核心元器件——工控类芯片，实现自主国产化，自主可控，成为了我国工业控制系统国产化的必经之路。杭州晶华微电子股份有限公司，自主研发的工控hart调制解调器芯片，打破工控行业国外垄断，实现国内突破，助力国内工控企业智能化转型。
hart通信协议介绍
传统的模拟信号工业仪表只能传输目标测量值，无法传输设备状态、诊断和额外的变量，无法有效的对设备进行配置和故障排除。如何让传统的模拟工业自动化系统变得更加智能化？hart通信协议应运而生。hart(highway addressable remote transducer，可寻址远程传感器高速通道)通信协议由美国 rosemount 公司于20世纪80年代中期推出，主要用于现场智能仪表和控制室系统间进行数字通信。现今，hart通信协议已被世界上三分之二以上的现场设备所采用，成为智能工业控制领域的国际标准。
hart调制解调器芯片介绍
hart调制解调器芯片使用fsk技术，在4~20ma信号过程量上叠加一个频率信号，成功地把模拟信号和数字信号双向同时通讯，而不互相干扰。采用bell202标准的fsk频移键控信号，在低频的4～20ma模拟信号上叠加一个频率数字信号进行双向数字通信。数字信号的幅度为0.5ma ，数据传输率为1200bps，1200hz代表逻辑“1”，2200hz代表逻辑“0”。数字信号波形如图1所示：
图1. hart波形图
hart调制解调器芯片可以将设备和系统集成起来，以检测先前检测不到的问题，实时检测设备或过程的连接问题。通过获取新的早期预警，以减少偏差造成的影响，避免非计划停机或过程中断所引起的高成本。快速确定和验证控制回路和设备配置，使用远程诊断，以减少不必要的现场检查。杭州晶华微电子有限公司自主研发的hart调制解调器芯片专为实现hart协议而设计，型号包括sd2017b、sd2057、sd2085。下面对这三款产品进行详细介绍：
sd2017b芯片介绍
sd2017b是一款专为实现 hart 协议而设计的 cmos 单片调制解调器芯片，其主要的功能特点为：
符合 hart 通信协议物理层要求
单芯片半双工 1200b/s 的 fsk调制解调器
符合 bell202 标准载波 1200hz 和 2200hz
hart波形整形输出具有额外驱动能力
可接 3.6864mhz 晶振或使用外部时钟源
工作电压 2.7v~5.5v
低功耗，调制模式下最大功耗为 90μa
-55℃至+125℃工作温度范围
32脚 lqfp 封装，如图2所示
满足 rohs 环保要求
图2. sd2017b封装片
sd2017b本身集成满足 hart 物理层规范功能要求的大部分功能，包括调制与解调，输入信号滤波，载波检测和发送信号波形整形等，因此只需再外加少量无源元件，即可实现支持带hart功能产品设计。如图3所示，为sd2017b的一种典型应用。
图3. sd2017b应用于智能变送器
sd2017b作为sd2015b的升级产品，芯片管脚匹配sd2015b、ht2015及a5191hrt，在一定范围内，可实现兼容替换，如图4所示，为sd2017b替换sd2015b的实现方法。
图4. sd2017b芯片替换sd2015b
使用sd2017b替换sd2015b、ht2015及a5191hrt设计应用方案，外围无源器件减少到原本的三分之一，晶体振荡器由原本的460.8khz陶瓷振荡器替换为3.6864mhz晶体振荡器，降低成本的同时也更易于采购，简化电路设计、降低成本。
国内的工业控制系统在不断变化和创新中呈现出快速增长的趋势，晶华微将继续加码，研发出更多高质量的工控相关产品和系统解决方案，助力加速工控芯片国产化进程，打破国外垄断局面。并加强与工控企业达成战略合作伙伴关系，延伸和提高新技术，助力工控企业不断提升智能化水平，推动中国工业物联网产业的新发展。
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hart调制解调器芯片使用fsk技术，在4~20ma信号过程量上叠加一个频率信号，成功地把模拟信号和数字信号双向同时通讯，而不互相干扰。采用bell202标准的fsk频移键控信号，在低频的4～20ma模拟信号上叠加一个频率数字信号进行双向数字通信。数字信号的幅度为0.5ma ，数据传输率为1200bps，1200hz代表逻辑“1”，2200hz代表逻辑“0”。数字信号波形如图1所示：
图1. hart波形图
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sd2017b芯片介绍
sd2017b是一款专为实现 hart 协议而设计的 cmos 单片调制解调器芯片，其主要的功能特点为：
符合 hart 通信协议物理层要求
单芯片半双工 1200b/s 的 fsk调制解调器
符合 bell202 标准载波 1200hz 和 2200hz
hart波形整形输出具有额外驱动能力
可接 3.6864mhz 晶振或使用外部时钟源
工作电压 2.7v~5.5v
低功耗，调制模式下最大功耗为 90μa
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图2. sd2017b封装片
sd2017b本身集成满足 hart 物理层规范功能要求的大部分功能，包括调制与解调，输入信号滤波，载波检测和发送信号波形整形等，因此只需再外加少量无源元件，即可实现支持带hart功能产品设计。如图3所示，为sd2017b的一种典型应用。
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sd2017b作为sd2015b的升级产品，芯片管脚匹配sd2015b、ht2015及a5191hrt，在一定范围内，可实现兼容替换，如图4所示，为sd2017b替换sd2015b的实现方法。
图4. sd2017b芯片替换sd2015b
使用sd2017b替换sd2015b、ht2015及a5191hrt设计应用方案，外围无源器件减少到原本的三分之一，晶体振荡器由原本的460.8khz陶瓷振荡器替换为3.6864mhz晶体振荡器，降低成本的同时也更易于采购，简化电路设计、降低成本。
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