Convertitori A/D Sigma-Delta e loro applicazioni..

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La configurazione a 4-fili non è soggetta ad errori provocati dalla resistenza dei terminali, in quanto non vi è flusso di corrente sui terminali AIN1 e AIN2. Il generatore di OUT1 fornisce la corrente d’eccitazione del RTD mentre il generatore OUT2 fornisce la corrente utilizzata per realizzare il riferimento di tensione. La configurazione ratiometrica fà in modo che gli errori sul RTD (provocati dalla deriva in temperatura del generatore di corrente) siano compensati dalla variazione della tensione di riferimento.

Trasmettitore “smart” 4-20mA

Le realizzazioni più datate dei trasmettitori 4-20mA, utilizzano un dispositivo, montato sul lato campo, che rileva un parametro fisico come la pressione o la temperatura e genera una corrente (nel range 4-20mA) proporzionale alla variabile misurata. Gli anelli di corrente forniscono il seguente vantaggio: la misura del segnale è insensibile al rumore e l’alimentazione può essere derivata da un alimentatore remoto. A seguito delle richieste del mercato industriale, è stata sviluppata la seconda generazione di trasmettitori di corrente, definiti “smart”, che permettono di condizionare il segnale direttamente sul lato campo utilizzando un microprocessore e dei convertitori dati. Questi dispositivi possono normalizzare i parametri di guadagno e offset oltre che linearizzare sensori come gli RTD e le termocoppie. La procedura consiste in una conversione del segnale da analogico a digitale, un elaborazione con algoritmi aritmetici all’interno del mP, una riconversione nel formato analogico e la successiva trasmissione attraverso il loop di corrente. La terza generazione di trasmettitori 4-20mA definiti “smart and intelligent” rispetto alla generazione precedente aggiunge la comunicazione digitale, che condivide con il segnale 4-20mA il doppino intrecciato. Questo canale di comunicazione permette la trasmissione dei segnali di diagnostica e controllo. Un dispositivo a basso consumo come il MAX1402, caratterizzato da una corrente d’alimentazione di 250mA, permette un considerevole risparmio di potenza utilizzabile dagli altri dispositivi. La comunicazione utilizza il protocollo HART, basato sullo standard di comunicazione telefonico Bell 202. Il protocollo HART utilizza la modulazione FSK, nella quale il segnale digitale è costituito da due frequenze che rappresentano i livelli di ‘1” e di “0” (1200Hz e 2200Hz). Per permettere la comunicazione simultanea dei segnali analogici e digitali, le onde sinusoidali a queste frequenze sono sovrapposte al segnale analogico in continua. Dato che, il valore medio del segnale FSK è sempre zero, non influisce sul segnale analogico 4-20mA. Il tempo di risposta della comunicazione digitale permette approssimativamente 2-3 aggiornamenti dei dati per secondo senza interrompere il segnale analogico. Questo tipo di comunicazione richiede un’impedenza minima sull’anello di corrente di 23W. Prima dell’avvento di questi dispositivi per il condizionamento del segnale ad alta integrazione, i sistemi per il controllo di processo erano realizzati utilizzando chip distinti per le funzioni di condizionamento e l’elaborazione del segnale. L’approccio, che utilizza i dispositivi sigma-delta, permette di ridurre i costi, le dimensioni della scheda, la corrente e la tensione richiesta all’alimentatore (molte applicazioni richiedono solo l’alimentazione singola di 3V o 5V). Il funzionamento con alimentazione singola è particolarmente gradito nei sistemi portatili alimentati da batteria, inoltre un numero ridotto di dispositivi aumenta anche l’affidabilità del sistema.

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