在工业变送器中用于总线的低功率物理层制造技术

一种过程变量变送器（２００）连接串行总线（２３２）与附加的负载。电源限制器电路（２３４）提供第一电源电流限制值，并且提供存储的能量输出（２３６）。反向驱动器电路（２３８）从存储的能量输出（２３６）中抽取驱动电流并且将驱动电流耦合到串行总线（２３２）。反向驱动器电路（２３８）提供驱动电流限制值。主驱动器电路（２４２）具有引导驱动电流的主状态和附加的负载可利用驱动电流的无源状态。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Low power physical layer for bus in industrial transmitter

A process variable transmitter (200) is connected to a serial bus (232) with an additional load. A power limiter circuit (234) provides a first power current limiting value and provides a stored energy output (236). The reverse driver circuit (238) extracts the drive current from the stored energy output (236) and couples the drive current to the serial bus (232). Reverse drive circuit (238) provides drive current limiting value. The main drive circuit (242) has a passive state that drives the main state of the drive current and the additional load can be driven by the drive current.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般来说涉及工业过程变量变送器。具体来说，本专利技术涉及在这种变送器中用于数字通信协议的物理层。
技术介绍
工业过程变量变送器可以是模块式的。模块式变送器可以装配有不同特征的模块，以便提供期望的过程变量输出协议、现场接线外壳、本地显示器、或其它的模块式特征。特征模块或者直接安装在变送器上，或者，在显示器的情况下，安装在工业变送器的约30米的范围之内。工业过程变量变送器经常安装在工厂内有刺激性因素的区域内。过程变量输出协议在能量方面是有限制的，以便可以避免在故障条件下激励这些刺激性因素。在一般情况下，使用能量限制值为双线4-20mA的回路，这个回路可以提供所有的变送器能量。在变送器内检测过程变量并提供过程变量输出的电路使用当回路在4mA下操作时变送器可以利用的绝大部分微小功率。为了给附属的负载供电并且为了与特征模块进行数字通信，只可利用极小的功率，一般1-2毫瓦。给特征模块供电并且与特征模块通信需要一种极低功率的电路，不得超过变送器中可利用的功率限值。
技术实现思路
本专利技术公开了一种过程变量变送器，所说的变送器包括连接部分，连接部分可与附加的负载配接(mateable)和不配接。连接部分包括一个总线触点和一个公共触点。过程变量变送器还包括一个变送器电路，变送器电路具有一个耦合到公共触点的一个公共导体，并且具有一个电源导体、一个串行输入端、和一个串行输出端。在过程变量变送器中的一个接收器电路耦合到串行输入端并且通过一个串行总线耦合到总线触点。一个电源限制器电路从电源导体抽取电源电流，并且提供存储的能量输出。电源限制器电路提供电源电流限制值。一个反向驱动器电路从存储的能量输出中抽取驱动电流并且将驱动电流耦合到串行总线，反向驱动器电路提供驱动电流限制值。一个主驱动器电路耦合在串行输出端和串行总线之间。主驱动器电路具有导引驱动电流的主状态和附加的负载可利用驱动电流的无源状态。在阅读了下面的详细描述并且研究了相关的附图以后，这些特征和各个其它特征以及表征本专利技术的优点都将变得显而易见。附图说明图1表示模块式微分压力变送器和特征模块的分解图；图2表示具有抽头连接部分的一个变送器；图3表示工业过程变量变送器的第一实施例的方块图；图4表示工业过程变量变送器的第二实施例的方块图；图5-6在一起表示在工业过程变量变送器中总线的物理层的示意图；图7表示一个启动电路的可替换的实施例的示意电路图；图8表示电源限制器电路的可替换的实施例的示意图。具体实施例方式在下述的实施例中，工业过程变量变送器设有总线。所说总线为连接到变送器的任何特征模块提供能量并且还实现在变送器和特征模块之间的数字通信。总线包括一个物理层，它是一个极低功率的电路，用于在同一总线触点上提供能量和通信这两者，而不会超过在一个变送器内可利用的功率限制值。这个物理层包括一个第一电源限制器，用于设置物理层从变送器电路抽取的功率值的限制值并且为物理层提供存储的能量输出。物理层还包括一个反向总线驱动器，用于从存储的能量输出抽取它的驱动电流并且设置另一个第二驱动电流限制值。物理层还包括一个主驱动器电路，主驱动器电路具有一个无源状态，在此无源状态附加的负载可利用驱动电流。在4-20mA的功率限制值范围内，或者在其它的有能量限制的过程变量输出协议内，变送器工作情况良好，不会干扰过程变量的检测或提供过程变量输出。物理层在回路电流为200毫安以下都可进行操作，因为物理层在通信期间具有低开关损耗，抗扰性不会有明显损失。使用CMOS逻辑电路、场效应晶体管和低功率运算放大器和比较器可将静态功耗减至最小。电流限制电路用于控制峰值和平均值电流消耗。图1表示一个模块式微分压力变送器100和一个特征模块102的分解视图。变送器100包括一个压力检测模块104，压力检测模块104可螺纹连接到用虚线表示的一个共平面法兰106和多个法兰适配器接头108上。法兰适配器接头108有螺扣并且连接到可携带高压过程流体到压力变送器100以便检测的螺纹管上。变送器100还包括一个对于压力检测模块104密封的变送器电子设备外壳110。外壳110封闭变送器的电子电路(在图1中未示出)，并且包括一个电连接器112，连接器112包括一系列触点，其中包括总线触点114和公共触点116，用于连接变送器100到各个特征模块或附件中的任何一个。一个这样的特征模块是经过旋动或螺纹连接在电连接器112上的特征模块102。特征模块102包括液晶显示器(LCD)电路120。液晶显示器120显示由变送器100检测的过程变量的当前值或从变送器100接收的其它数据。液晶显示器电路120连接到总线触点114和公共触点116。液晶显示器电路从总线触点114获得能量，并且还将数字数据与总线触点114来回交换。液晶显示器电路120耦合到连接部分114、116。过程变量变送器100对于液晶显示器电路120进行供电和控制。液晶显示器电路120可以如图所示在本地设置，或者设置在远离过程变量变送器100但方便操作人员观察的位置。液晶显示器120距变送器100最远为100英尺。还可以将特征模块如温度检测模块或大气压力检测模块耦合到连接部分114、116。特征模块102还包括一个现场配线室(未示出)，现场配线室由一个配线室盖封闭。来自过程控制系统(未示出)的现场接线124可以穿过带有螺纹的管道(condulet)开口126并且连接到变送器100的一个双线输出接口。现场接线124为变送器100供电。变送器100还借助于总线触点114和公共导体116对于液晶显示器120进行供电和控制。在某些情况下，公共导体116还可以用作总线和双线接口这两者的返回导体。下面在如图3-8所示的实例中更加详细地说明变送器100的电路。图2表示具有抽头连接部分115、117、119的变送器101。在图2中使用的与图1中使用的标号相同的标号用于识别相同的或相似的特征。在图2中，变送器101没有带螺纹的电连接器，而是代之以抽头115、117、119，用于连接变送器101到总线、或者其它特征模块、或者附件。如图2所示的设备例如可以与“快速触发总线”一起使用。通过简单的接线连接，如接线螺母、螺纹终端块、或者其它公知的可装可卸的连接部分，使抽头115、117、119与附加的负载可配接或不配接。图3表示过程变量变送器200的第一实施例的方块图。变送器200检测过程变量202。过程变量202可以是微分压力(如图1所示)、测量压力、绝对压力、流量、温度、酸度值(PH)、流体导电率、密度、化学成分、或者其它公知的在加工工厂(如化学工厂、造纸厂、水处理设备、或类似工厂)中处理的材料的过程变量。变送器200包括一个外壳204，外壳204包括一个电连接器206。电连接器206与附加的负载(如图1所示的特征模块102)是可装可卸的。电连接器206包括总线触点208和公共触点210，在某些设备中公共触点210是接地的。变送器200包括一个变送器电路212，变送器电路212有一个耦合到公共触点210的公共导体214。变送器电路212提供电源导体216、串行输入端218、和串行输出端220。变送器200包括一个过程变量传感器213。在一个优选实施例中，过程变量传感器213包括一个压力传感器。变送器电路212本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过程变量变送器，包括：连接部分，连接部分可与附加的负载配接和不配接；连接部分包括一个总线触点和一个公共触点；一个变送器电路，变送器电路具有一个耦合到公共触点的一个公共导体，并且具有一个电源导体、一个串行输入端、和一个串行 输出端；一个接收器电路，它耦合到串行输入端并且通过一个串行总线耦合到总线触点；一个电源限制器电路，它从电源导体抽取电源电流，并且提供存储的能量输出；电源限制器电路提供电源电流限制；一个反向驱动器电路，它从存储的能量输 出中抽取驱动电流并且将驱动电流耦合到串行总线，反向驱动器电路提供驱动电流限制；一个主驱动器电路，它耦合在串行输出端和串行总线之间；主驱动器电路具有引导驱动电流到公共导体的主状态和附加的负载可利用驱动电流的无源状态。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文R特林布尔，凯利M奥斯，理查德L纳尔逊，戴维G泰森，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]