用于过程变送器的高性能架构的制作方法
【专利说明】用于过程变送器的高性能架构
【背景技术】
[0001] 通常，过程变送器包括过程变量传感器和用于测量过程相关参数（溫度、压强、流 动速率、体积等）的测量电路。过程变送器还包括输出电路，该输出电路用于将过程参数输 出传输至仪表设备和控制设备。运种传输通常是在模拟电路上进行的，例如是需要模拟输 出电路的4-20mA电流回路。此外，对于过程变送器来说，通常使用脉冲输出电路来发送过 程相关信息，该脉冲输出电路在电流回路或数字通信电路上发送脉冲，从而在4-20mA电流 回路上发送数字信号。
[0002] 大多数"智能"过程变送器共享W微控制器为中屯、的公共架构。对于微控制器的 要求非常高，运是因为，微控制器通常必须在微功率（典型地1mA)需求下工作；微控制器必 须W规则速率来读取、处理和公布传感器更新；微控制器通常必须提供信号校正功能W补 偿针对各种误差源的主感测变量；微控制器必须支持数字通信功能；并且微控制器必须执 行和管理诊断活动，W确保过程变送器的精确操作。满足所有运些方面的需求的系统的实 现方式使现代微控制器的资源负有重担。运些资源分为3类：功耗、存储空间和执行时间。
[0003] 近年来微控制器技术已经改进，比先前已有的技术提供了更多的能力。然而，产品 需求和市场需要似乎已经超过了微控制器技术的发展。下一代的过程变送器产品可能需要 例如更高的速度、更完善的校正算法、多变量支持W及高级诊断。通常，传统过程变送器架 构仅允许逐步的改进W支持运些需求，可能未能达到未来的过程变送器的需求。
[0004] 上述讨论仅仅是为一般背景信息而提供的，并非意在用于帮助确定要求保护的主 题的范围。
【发明内容】
阳〇化]一种过程变送器，包括：至少一个传感器，对过程变量进行监控；W及模拟至数字 (A/D)转换器电路，禪合至所述至少一个传感器并被配置用于提供表示过程变量值的过程 变量数据。数字信号处理器值S巧禪合至该A/D转换器电路W接收过程变量数据。该DSP 包括：协处理器，被配置用于从A/D转换器电路接收过程变量数据并执行关于该数据的计 算，W产生输出数据。过程变送器的通信电路被配置用于控制回路布线上的通信或控制与 过程变送器的无线通信。与DSP的协处理器分离的微处理器禪合在协处理器与通信电路之 间，W针对无线通信或回路布线上的通信来控制从DSP到通信电路的输出数据的移动。
【附图说明】
[0006] 图1示出了现有技术的过程变送器架构的框图。
[0007] 图2-1示出了第一公开的过程变送器架构的框图。
[0008] 图2-2示出了第一公开的过程变送器架构的无线实施例的框图。
[0009] 图3示出了第二公开的过程变送器架构的框图。
[0010] 图4示出了第Ξ公开的过程变送器架构的框图。
[0011] 图5示出了第四公开的过程变送器架构的框图。
[0012] 图6示出了第五公开的过程变送器架构的框图。
[0013] 图7示出了第六公开的过程变送器架构的框图。
[0014] 图8示出了第屯公开的过程变送器架构的框图。
[0015] 图9示出了第八公开的过程变送器架构的框图。
【具体实施方式】
[0016] 如图1所示，大多数"智能"过程变送器共享W微控制器为中屯、的公共架构。如在 图1提供的过程变送器100的电路的示意图中所示的，传统过程变送器的架构包括：一个 或更多个过程变量传感器105 及对应的模拟至数字（A/D)转换器110,用于将模拟传感 器信号转换成代表性的数字信号。典型地，过程变送器还包括：非易失性（NV)存储器组件 115,用于存储操作期间的过程变量或其他信息。微控制器120通过总线（如，串行外围接口 (SPI)总线125)与A/D转换器110和存储器组件115进行通信。可W用于主设备（例如， 微控制器120)与从设备（例如，A/D转换器110、存储器组件115等）之间的通信的SPI总 线125和对应的SPI协议是本领域公知的。尽管参考SPI总线的使用阐述了所公开的实施 例，然而所公开的实施例并不限于与SPI总线和SPI协议一起使用。相反，可W实现使用其 他方法的通信，例如，使用多主设备串行计算机总线I化或通用异步接收机发射机0JART)。 除了管理和控制与诸如A/D转换器110和存储器组件115等设备的通信之外，微控制器120 还典型地执行与传感器和感测到的过程变量有关的功能，如，读取和处理过程变量信号、信 号校正、诊断功能等。
[0017] 如图1所示，传统的过程变送器100还典型地包括演微控制器120控制的数字至 模拟（DAC)电路130,用于向输出控制电路135依次提供控制信号，输出控制电路135 (例 如经由输出电路140)控制过程控制回路上的4-20mA信号。使用虚线145来表示与过程变 送器禪合的过程控制回路。典型地，过程变送器100还包括：调节器电路147,接收来自回 路145的用于为变送器的组件供电的电力。此外，典型地在微控制器120的控制下，过程变 送器100包括数字通信协议（例如，HA联T:液）调制解调器150,该数字通信协议调制解调 器150与输出控制电路135通信，W使用数字通信协议通过4-20mA回路传输数字信号。此 夕F，还可W使用数字信号的无线传输，而不是通过4-20mA回路来传输。
[0018] 可W看出，对于微控制器的要求是非常高的，因为典型地微控制器必须满足多个 需求，运里作为示例提供但并非表示为绝对的，例如W下列表中所包含的需求：
[0019] .微功率操作（在1mAW下）。
[0020] ?实时操作系统：微控制器必须W规则的速率（例如，典型地每45m巧来读取、处 理和公布传感器更新。
[0021] ?信号校正：微控制器读取传感器信息并执行校正算法，W针对各种误差源来补偿 主变量。
[0022] ?数字通信：所有智能设备支持数字通信协议（例如，HART饭通信协议）。运使 微控制器承担了接受和确认消息、组成响应W及公布的重担。
[0023] ?诊断活动：控制器必须对诊断活动进行管理，该诊断活动确保了设备的精确操 作。
[0024] 如上所述，满足所有运些方面的需求的过程变送器中的系统实现方式使得现代微 控制器的资源（例如，功耗、存储空间和执行时间）负有重担。考虑到过程变送器产品需求 通常超出了微控制器技术的改进，公开了不同的过程变送器架构，运些过程变送器架构允 许的性能提高超出了微控制器技术改进可允许的性能提高。运些过程变送器架构有助于例 如在不超过功率限制的情况下提供更快的速度（例如，20mS更新速率）、更完善的校正算 法、多变量支持W及高级诊断。
[00巧]术语"DSP"(数字信号处理器）指的是对数字（二进制）信号进行操作的广阔范 围的技术。其实现方式典型地是面向硬件的，然而也可W使用由微控制器执行的软件来实 现。使用硬件方法的优点是，可W比软件方法更高效地实现计算操作。为此，存在许多可用 的成品硬件DSP产品。然而，运些产品的绝大多数都适用于高速、高功率环境，在运样的环 境下电流消耗可W容易地超过100mA。由于运些设备被设计为快速运转（例如，lOOMHz)，所 W运些设备典型地不允许其功率/性能缩放至回路供电的过程仪器所要求的功率电平。 [00%] 在示例实施例中，使用DSP，该DSP是操作算法的硬件与协处理器中操作的软件的 混合。运具有针对硬件实现（W灵活性为代价）的较低功率的优点W及提供灵活性并便于 容易进行更新过程的软件的优点。运种混合DSP架构的示例包括流量计DSP忍片，该流量 计DSP忍片使用硬件滤波器W及由软件来配置的协处理器。在本实施例中，硬件可W用于 实现多项式方程，该多项式方程根据针对所使用的各种传感器的溫度值和A/D转换器值来 确定压力。在运些方程中，仅需要系数是可改变的，运可W使用寄存器来处理。
[0027] 图2-1示出了使用第一架构来改进变送器性能的过程变送器200-1的框图。在图 2-1中示出了用于对过程进行监控的Ξ个传感器202,然而该实施例和其他实施例并不限 于任何具体数目的传感器。例如，传