IXO 3.6V 3

IXO 3.6V 3

WBSTAR寄存器

　　WBSTAR寄存器共31位，高三位是保留位，RS［1：0］

　　两位指定了可以多重配置的bit流的个数。RS_TS_B是RS［1：0］的使能信号：0表示Disabled，1表示Enabled.

　　START_ADDR表示要回读的比特流在外部配置存储器的起始地址。状态机在对WBSTAR进行赋值时，要根据自己选择的bit流个数以及对应各个bit流在外部配置存储器贮存的地址自行计算WBSTAR地址。这里以4个bit流为例说明WBSTAR地址的计算方法，如表2所示。状态机使用的地址是服从SelectMAP数据顺序的地址。FPGA配置逻辑在收到IPROG指令后，开始执行内部复位操作（JATG管角和重载控制部分不进行复位操作），擦除板卡上原有的程序，从FLASH芯片中WBSTAR所指向的起始地址开始读取新配置文件完成FPGA的重配置。

　　WBSTAR地址的计算示意

　　2多重配置的实现

　　Xilinx系列的FPGA需要将后缀名为mcs的内存镜像文件固化到外部配置存储器中，FPGA上电后才能自动加载配置文件。一般的mcs文件只包含一个bit流文件，多重启动的固化文件（。mcs）包含多bit流文件。在将多个bit流整合到mcs文件的过程中，需要指定每个bit流的起始地址，这样FPGA配置逻辑才能根据地址找到对应的bit流。首先将用户开发的应用程序和重载控制模块添加到一个工程当中，利用ISE编译软件生成位流文件（。bit）。由于Virtex5系列器件本身的特性，一般情况下生产的bit流文件大约为3 300 KB，而SPIFLASH的容量为32 Mb即4 MB，这个容量无法满足在一个SPI FLASH上贮存多个bit流文件，需要对生成的bit流进行压缩。在用ISE软件生成bit流文件时，当完成了Synthesize-XST以及Implement Design后，执行到后一步Generate Programming File时，在Process Proper-ties中General Options选项中勾选Enable BitstreamCompression.通过这个压缩设置可以对bit流进行压缩，压缩后的bit流大约在500~600 KB之间，可以满足在一个容量为32 Mb的SPI FLASH上贮存多个bit流文件。其次将需要进行重配置的多个位流文件拷贝至一个工程目录下，有两种方法可以将多个bit流整合为一个mcs文件。第一种方法是通过ISE编译软件的命令行窗口，使用命令行命令将多个位流文件合并为一个FLASH存贮芯片M25P32中烧写的内存镜像文件（。mcs）。第二种方法是用Impact软件创建MultibootSPI FLASH，选择相应的FPGA型号和FLASH的容量以及要包含的bit流的个数（版本的个数）。本文使用第一种方法来将多个bit流文件形成一个内存镜像文件（。mcs）。使用promgen命令的具体格式为：

　　promgen -spi -pmcs -oMulitBoot.mcs-s4096 -u0rev0.bit -u100000rev1.bit -u200000rev0.bit -u300000rev0.bit命令中各参数的说明如下所述。-spi：表示生成的mcs文件要固化到SPI FLASH中；-p mcs：生成文件的格式是mcs格式；-o ML507.mcs：要生成的文件名，可以根据需要修改；-s 4096：定义了外部存储器的容量，4096表示32 Mb；- u 0rev0.bit：表示名字为rev0的比特流文件在外部存储器的起始地址为0；-u 100000 rev1.bit：表示名字为rev1的比特流文件在外部贮存的起始地址为100000.在生成mcs文件后，通过IM-PACT软件将mcs文件固化到SPI FLASH中。

　　FPGA上电自动从外部SPI FLASH加载一个初始化的bit流，当需要执行新的程序时，会根据触发条件以及启动地址重新配置。在实验中，通过PC机串口终端发送指令当做触发条件实现多重配置。在实际应用中，还可以根据具体硬件实现，采用其他通信方式传送控制指令来进行触发。该参考设计显示了如何开发一款适合工业过程控制和智能传感器的、高压2-wire或3-wire 4–20mA电流环变送器。此外，还提供误差分析测试数据、热特征数据、原理图以及分析软件。

关键词：电流环变送器智能传感器电流环

　　该参考设计显示了如何开发一款适合工业过程控制和智能传感器的、高压2-wire或3-wire 4–20mA电流环变送器。此外，还提供误差分析测试数据、热特征数据、原理图以及分析软件。

　　有关4–20mA变送器设计计算表（XLSX）现在可供下载。

　　引言

　　4–20mA电流环广泛用作工业领域的模拟通信接口，可以方便地通过双绞线将远端传感器数据传送到控制中心的可编程逻辑控制器（PLC）。这种接口简单、可实现数据的长距离可靠传输，具有良好的抗噪性，实施成本较低，非常适合长期的工业过程控制以及远端自动监测。

　　毫无疑问，工业发展和当今所有的电子应用一样，需求强劲，要求精度更高、功耗更低，并在-40°C至+105°C扩展工业级温度范围内可靠工作，具备更高的性和系统保护，还要求支持高速可寻址远端传感器（HART?）协议。总而言之，这些要求使得当今的4–20mA电流环设计颇具挑战性。

　　本文介绍了如何开发4–20mA电流环变送并进行性能分析，以及如何选择满足严苛工业要求的元器件。提供误差分析测试数据、热特征数据、原理图以及分析软件。

　　工作原理及关键设计参数

　　我们首先从参考设计入手，图1所示为、低功耗、4–20mA电流环变送器的方框图，该设计大幅减少了元件数量，具有高性价比。

Figure 1. Reference design for a 4–20mA loop-powered transmitter features the MAX5216 16-bit DAC (U1), the MAX9620 op amp (U2), the MAX6133 voltage reference (U3), and the MAX15007 LDO (U4).

　　图1. 4–20mA环路供电变送器参考设计，由MAX5216 16位DAC （U1）、MAX9620运算放大器（U2）、MAX6133电压基准（U3）和MAX15007 LDO （U4）组成。

　　该参考设计采用低功耗、元件，25°C时精度优于0.01%；整个温度范围内，精度优于0.05%，支持工业上严格的4–20mA电流环要求。该设计采用了MAX5216，低功耗16位DAC （U1）；MAX9620，零失调、满摆幅输入输出（RRIO）、运算放大器（U2）；MAX6133，电压基准（U3）；以及MAX15007，40V低静态电流LDO （U4）。

　　U3电压基准为U1提供低噪声、5ppm/°C （大值）低温漂和高的2.500V电压。智能传感器微控制器通过3线SPI总线向U1发送命令。U1输出经过分压并被Q1功率MOSFET、10Ω （±0.1%）检流电阻（RSENSE）以及U2转换为环路电流。U1、U2和U3器件由U4供电，后者由环路直接供电。Q2、BJT晶体管和检测电阻（R6）构成限流电路，将环路电流限制在大约30mA，防止失控条件以及损坏PLC侧的ADC。肖特基二极管（D1）保护变送器不受反向电流损害。

　　性能分析

　　参考设计工作于低功耗，所选元件的大耗流在+25°C时小于200μA；在-40°C至+105°C温度范围内小于300μA。U2运算放大器在时间和整个温度范围的输入失调电压为25μV （大值），理想用于、高可靠性系统。10Ω检流电阻允许使用较低的环路供电电压；小电阻耗散功率较低，允许使用小封装，从而进一步减小变送器尺寸。例如，如果只有10Ω RSENSE和10Ω负载，其上大压降在30mA时为600mV。U4 LDO在提供3.3V输出时只需连接4V电源电压即可正常工作，小环路电压可低至5V。但是，如果PLC负载为250Ω，那么小环路电源电压为 4V + 30mA × （10 + 250）Ω = 11.8V。

　　注意，为了更地估算小环路供电电压，还考虑环路电源内阻。

　　测试期间，输出在10Ω时呈现出的噪声。增大RSENSE电阻值将增大功耗和小环路供电电压，但也降低了环路噪声。这种综合平衡可由用户控制。

　　U2运算放大器跟踪R2和RSENSE上的压降，在其两个输入节点维持0V。该电路满足以下关系式：

　　（式1）

　　（式2）

　　式中IOUT为环路电流 I（R2）为通过R2的电流。 I（R1）为通过R1的电流。 I（R3）为通过R3的电流。式2中，我们假设U2的IN+和IN-输入电流为0。按照式1和式2，4mA初始环路电流由I（R3）电流设置，而I（R1）为0。所以：

（式3）

　　通过R3的电流等于U3电压基准输出除以R3。式3可重写为：

　　（式4）

　　根据有关通过4–20mA电流环路发送故障信息的Namur NE43建议，测量信息的信号范围为3.8mA至20.5mA，允许过程读数发生略微的线性超量程。有些情况下，当定义了附加故障条件时，甚至会需要更大的动态范围，比如3.2mA至24mA。因此，选择R2 = 24.9kΩ，IOUT_INIT = 3.2mA，从式4求解R3，得到：

RS3 70-IAC5 OPTO22

RS3 70-ODC5R OPTO22

RS3 80S QUANTUM HARD DISK

RS3 80S QUANTUM HARD DISK

RS3 80S QUANTUM HARD DISK

RS3 80S QUANTUM HARD DISK

RS3 80S QUANTUM HARD DISK

RS3 DC 300XLP 45 MB TAPE

RS3 DC 6150 150 MB TAPE

RS3 IAC5 OPTO22

RS3 M3345A FUJITSU LIMITED PRINTER

RS3 DX2400 FUJITSU LIMITED PRINTER

RS3 OAC5 OPTO22

RS3 OAC5A OPTO22

RS3 OAC5A OPTO22

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 ST34520N SEAGATE HARD DRIVE

RS3 WD400BB-00DEA0 WESTERN DIGITAL HARD DRIVE

RS3 MTCC ENHANCED KEYBOARD

RS3 KEYBOARD WITH TRACKBALL AND OPTIONS KEYBOARD

RS3 KEYBOARD WITH TRACKBALL AND OPTIONS KEYBOARD

Honeywell TDC3000 Equipment

TDC3000 30671513-001 TERMINAL PANEL MODEL C-TCB30

TDC3000 30731808-001 REGULATOR

TDC3000 30731811-001 PWA, OUTPUT

TDC3000 30731823-001 A/D MUX PWB

TDC3000 30731832-001 PWA, PROCESSOR

TDC3000 30735863-001 SWITCHING PWB

TDC3000 30735863-002 C-CDS00 ANALOG SWITCHCARD

TDC3000 30735866-001 DECODER PWB

TDC3000 4DP7APXAD211 A/D CONVERTER R3

TDC3000 4DP7APXDH11 CABLE I/F

TDC3000 4DP7APXDH111 PWA, Highway I/F

TDC3000 4DP7APXDH233 PWA, DATA HIGHWAY I/F

TDC3000 4DP7APXIA322 ANALOG IN

TDC3000 4DP7APXID211 1 MEC 24V DIG IN

TDC3000 4DP7APXIO211 PWA I/O

TDC3000 4DP7APXOA311 ANALOG OUT

TDC3000 4DP7APXOD411 7100 DIGITAL OUT P-XOD41

TDC3000 4DP7APXPM155 PWA, DATA HIGHWAY I/F

TDC3000 4DP7APXPR211 1 POINT FILE CON

TDC3000 4DP7APXPR311 2 POINT FILE CON

TDC3000 51303903-100 TERMINAL PANEL MODEL P-TCB60

TDC3000 82407381-001 PWB, CONTROL

TDC3000 82407387-001 PWB, IBC R15/20/30 J-CBC00

TDC3000 82407390-001 IBI **MOUNTED TO 82408215-001

TDC3000 82407390-001 PWB, IBI R30

TDC3000 82407444-001 PANEL, TERM J-TPF40

TDC3000 82407465-001 REG-A

TDC3000 82407468-001 REG-B

TDC3000 82407468-002 REG-B

TDC3000 82408215-001 PWB, IBI A/D R15 **MOUNTED TO 82407390-001

TDC3000 82408217-001 PWB, MOS CPU R15

TDC3000 82408330-001 PWA, HIWAY #2

TDC3000 82408363-001 J-TPF20

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TDC3000 82408485-001 PWB, SBLA III

TDC3000 82408667-001 PWA, ROM/RAM 535

TDC3000 82408667-003 PWB, ROM/RAM 505

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TDC3000 51400700-100 PWA, Data Highway I/F

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TDC3000 51401288-100 PWA, HPK2-2MW

TDC3000 51108088-100 PWA, DHI I/O

TDC3000 51107403-100 I/O CARD, LCN

TDC3000 51109919-100 PWA, PCSR

TDC3000 80360206-100 PWA, CLI

TDC3000 51400910-100 PWA, EMEM 1MW

TDC3000 51400667-100 PWA, Enhanced LCN

TDC3000 51400901-100 PWA, EMPU

TDC3000 51107403-100 I/O CARD, LCN

TDC3000 80360230-001 PWA, CLI I/O

TDC3000 51400668-100 WDC

TDC3000 51400910-100 PWA, EMEM 1MW

TDC3000 51400667-100 PWA, Enhanced LCN

TDC3000 51400901-100 PWA, EMPU

TDC3000 51108676-100 PWB, I/O WREN II

TDC3000 51107403-100 I/O CARD, LCN

TDC3000 51198947100F D/C 0610

TDC3000 51198947100F D/C 0610

TDC3000 51198947100F D/C 0610

TDC3000 51198947100F D/C 0610

TDC3000 80363969-150 HW ANALOG INPUT,16

TDC3000 80363969-150 HW ANALOG INPUT,16

TDC3000 80363969-150 HW ANALOG INPUT,16

TDC3000 80363969-150 HW ANALOG INPUT,16