专利名称：现场设备中的共模噪声降低电路的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及模拟信号处理，并且特别地涉及在存在共模噪声的情况下提供设备之间的可靠通信。
背景技术：
如在化学、石油或其它过程中使用的那些过程控制系统通常包括设置在相应过程工厂内的各种位置上的多个现场设备，诸如阀、阀定位器、开关、传送机和传感器(例如温度、压力和流速传感器)以执行过程控制功能，诸如打开和闭合阀、测量过程参数、增加或降低流体流量等。现场设备通常经由模拟、数字或组合模拟/数字总线来与一个或多个集中式或分散式过程控制器(其又通信地耦合到主机或操作员工作站)通信。智能现场设备， 诸如符合诸如FOUNDATION 现场总线、Device-Net 或HART 的众所周知的协议的现场设备，还可以执行一般在过程控制器内实现的控制计算、警报功能及其它控制功能。用来向和从现场设备传送过程控制数据的某些通信协议与浮地电位相关联。换言之，允许使用这些协议的设备的接地基准或电路接地相对于接地电位浮置。举例来说， Foundation 现场总线协议要求将现场总线通信链路与地线隔离。作为浮地要求的后果之一，耦合到现场总线网络上的电源频率噪声有效地调制每个参与设备相对于地线的电路接地。实际噪声量根据特定的装置、设备和某些环境因素而变化。通常，具有多个导线或线路的通信链路上已知多种类型的信令。例如，共模信号出现在双线通信链路的两个导线上。因此，共模电压信号是两个电压的平均值，每个电压是相对于公共接地而计算的。如果第一导线上的电压是V1，并且第二导线上的电压是V2,则共模电压信号ν。Μ定义为Vcm = +Vl (等式 1)相反，跨越双线结构中的成对导线出现常模信号Vnm VNM = V2-V1(等式 2)应注意的是如果接地电位改变，则电压VdPV2中的每一个相对于接地电位的前一值改变相等的量，并且常模电压信号Vnm相应地未受影响VNM = (V^Vj-^+Vj = V2-V1(等式 3)除使用诸如Rnmdation现场总线的通信协议来传送和接收过程控制数据之外， 某些现场设备还使用各种信令技术(例如，常模、共模、差模等)和各种通信协议经由分立的通信链路与辅助设备通信。例如，数字阀控制器(DVC)可以经由现场总线通信链路与控制器通信且经由辅助独立有线通信链路与远程行程传感器通信。辅助有线通信链路上的信令可能比现场总线通信链路上的信令更易受到噪声影响。特别地，共模噪声可以妨碍DVC 准确地从远程行程传感器接收信号，其可能在毫伏范围内
发明内容
耦合到有线通信链路的设备包括匹配通信链路的某些或所有导线上的输入AC阻抗以便降低共模噪声对通过通信链路传播的信号的影响的共模噪声降低电路。在某些实施例中，共模噪声电路包括诸如运算放大器的有源组件，其将通信链路的某些或所有导线处的AC电压保持在相对于设备的接地电位近似相等的水平。在至少某些实施例中，设备的接地电位是浮置电位。可替换地，共模噪声电路可以包括连接到设备的接地电位以近似匹配与通信链路相关联的两个或更多输入阻抗的电阻器和电容器。在某些或所有实施例中，共模噪声电路不改变与通信链路相关联的DC阻抗，从而不使通信链路上的常模信号衰减。在某些实施例中，所述设备是在过程控制环境中操作的现场设备，其例如使用诸如Rnmdation 现场总线的通信协议经由有线网络通信链路来接收和发送过程控制数据， 并经由有线传感器通信链路与远程传感器或类似辅助设备通信。此外，网络通信链路上的信令方案可能要求浮地电位，而传感器通信链路可能要求传感器通信链路的每个导线与现场设备的外壳接地之间的去耦电容器。因此，共模噪声降低电路降低了网络通信链路上的共模电压引入到传感器通信链路中的共模噪声。在某些实施例中，共模噪声降低电路将基准电压信号耦合到运算放大器的非反相输入端，将传感器通信链路的导线中的一个耦合到运算放大器的反相输入端，并将传感器通信链路的导线中的另一个耦合到运算放大器的输出端。在工作期间，运算放大器在输出端处保持某个AC电压，使得耦合到共模噪声降低电路的两个导线具有相对于设备的电路接地的近似相等的输入AC阻抗。在一个实施例中，耦合到运算放大器的反相输入端的导线向或从远程设备载送基准信号，并且耦合到运算放大器的输出端的导线向或从远程设备载送测量或定位信号。在其它实施例中，共模噪声降低电路类似地匹配三个或更多导线的输入AC阻抗。共模噪声降低电路还可以防止经由传感器通信链路传播的共模信号的衰减。为此，共模噪声降低电路可以包括耦合到运算放大器的反相输入端和运算放大器的输出端以阻挡DC电压信号或信号分量的电容器。此外，共模噪声降低电路可以包括耦合到运算放大器的输出端以近似地匹配耦合到共模噪声降低电路的导线之间的输入阻抗的电阻器。
图1示出通信系统，其中装配有与本文所述的共模噪声降低电路的现场设备与过程控制系统和远程传感器设备通信。图2示出除阻抗管理之外相同的两个模拟电路中的AC电压。图3示出包括共模噪声降低电路、传感器激励电路和差分放大器电路的现场设备和电位计的电路图。图4示出具有共模噪声降低电路、传感器激励电路和差分放大器电路的现场设备和电动行程传感器设备的电路图。图5示出分别以有源方式匹配AC阻抗、以无源方式匹配AC阻抗或根本不匹配AC 阻抗的三个电路中的AC电压。
具体实施例方式图1示出通信系统10，其包括在阀14上操作的现场设备、远程设备16和过程控制网络20，现场设备12通信地耦合到过程控制网络20。现场设备12经由通信链路22与过程控制网络20通信，并经由具有多个导线32A 32C的通信链路30与远程设备16通信。可以将通信链路30封闭在接地导管或屏蔽内。为了降低通信链路30上的电磁干扰 (electromagnetic interference, EMI), EMI 降低电路 34 将导线 32A 32C 中的每一个耦合到现场设备12的外壳接地电位。此外，共模噪声降低电路36耦合到通信链路30并存在于现场设备12内部或邻近于现场设备12。在操作中，通信链路22上的共模电压噪声经常向现场设备12的相对于现场设备 12的外壳接地电位(即大地)的浮置电路接地电位上注入共模噪声。然后通过EMI降低电路34并通过通信链路30与接地导管或屏蔽之间的电容将电路与接地电位之间的AC电位耦合到通信链路30。为了防止共模噪声与通信链路30上的信令相干扰，共模噪声降低电路 36匹配在到现场设备的信号处理电路的各输入端处的某些或所有导线32A 32C上的AC 阻抗。结果，某些或所有导线32A 32C上的共模噪声电压的振幅是相同的，通信链路30 上的共模噪声电压因此未作为常模信号出现在导线32A 32C上。换言之，导线32A 32C 中的至少某些上的共模噪声分量出于现场设备12处的信号处理的目的而相互抵消。共模噪声降低电路36因此降低或实质上消除通信链路30上的噪声的影响。从现场设备12的角度出发，共模噪声降低电路36有效地降低与到和来自远程设备12的信令相关联的共模噪声。因此，术语“噪声降低”在本文中用来指示噪声的降低或抵消、噪声对一个或多个组件的影响的降低或抵消、或者改善诸如现场设备12的设备对相应通信链路上的不期望信令的容限。在至少某些实施例中，共模噪声降低电路36不改变到现场设备12的电路的各输入端处的某些或所有导线32A 32C上的DC阻抗。以这种方式，共模噪声降低电路36不使通过通信链路30传播的期望的常模输入信号衰减。现场设备12因此能够经由各通信链路30和22与远程设备16和过程控制网络20可靠地且准确地通信。参考过程控制网络20，一个或多个过程控制器40连接到一个或多个主机工作站或计算机42 (其可以是任何类型的个人计算机或工作站)，并连接到成组的输入/输出(I/ 0)设备44A和44B，其又连接到一个或多个现场设备12和48A 48C。控制器40，仅以示例的方式，其可以是由Fisher-Rosemount Systems公司出售的DeltaV 控制器，经由例如以太网连接50或其它通信链路通信地连接到主机计算机42。同样地，控制器40使用与例如标准4 20ma设备相关联的任何期望硬件和软件和/或诸如现场总线或HART协议的任何智能通信协议来通信地连接到现场设备(例如，诸如现场设备12)。如一般已知的，控制器40实现或监督存储在其中或与之相关联的过程控制例程并与现场设备12和48A 48C 通信以便以任何期望的方式控制过程。通常，现场设备12和48A 48C可以是任何类型的设备，诸如传感器、阀、传送机、 定位器等，而组44A和44B内的I/O卡可以是符合任何期望通信或控制器协议、诸如HART、 Rnmdation 现场总线、Profibus等的任何类型的I/O设备。在图1所示的实施例中，现场设备48B和48C是通过模拟线路向I/O卡44B进行传送的标准4 20ma设备。现场设备 12和48A是智能设备，每个能够在现场执行物理步骤(例如，定位、测量等)并执行逻辑步骤以实现与过程控制网络20相关联的总体控制策略的特定部分。为此，智能现场设备12 和48A可以装配有可编程微控制器或类似逻辑单元。此外，例如，智能现场设备12和48A可以使用数字协议与I/O卡44A通信。因此，本实施例中的通信链路22是数字总线。过程控制网络20还可以包括例如连接到HART可兼容I/O卡(未示出)的HART现场设备。当然，现场设备12和48A 48C和各组I/O卡44A和44B除4 20ma、HART或现场总线协议之外还可以符合任何其它期望标准或协议，包括将来开发的任何标准或协议。为了更好地示出共模降低电路30向通信系统10提供的技术优点，下面继续参考图1来讨论特定实施例。在本实施例中，现场设备12是数字阀控制器(digital valve controller, DVC)，诸如由爱荷华州马歇尔敦市的Emerson Process Management公司制造的Fisher DVC6000f，并且通信链路22因此是支持Rnmdation现场总线通信协议的数字总线。包括通信链路22和现场设备12的电路的现场总线通信网络的接地电位在本文中称为电路接地。现场总线通信网络的电路接地是浮地，即期望电位相对于绝对电位或地线改变。同时，将现场设备12的底盘的接地电位称为外壳接地。本实施例中的远程设备16是设置在远离现场设备12 —定距离处的行程传感器。 应注意的是有时可以将行程传感器设置在距离DVC几十乃至几百英尺的距离处以获得阀的位置的远程读取并向DVC供应远程位置信号。此外，虽然通信链路30通常可以支持包括常模、差模或共模信令的任何期望技术以及任何期望的通信协议，但是本实施例中的通信链路30实现常模信令。在通信链路30上行进的常模信号是具有低的峰峰电压的相对敏感的信号。例如，行程传感器可以向DVC供应仅几毫伏的信号。相反，现场总线在约0.5伏的峰峰值下操作，并且通常对毫伏量级的波动不敏感。由于通信链路30上的信号是相对敏感的，所以接地屏蔽可以围绕导线32A 32C 以保护通信链路30免受EMI影响，并且特别地免受射频(radio frequencies, RF)影响。 此外，为了减少导线32A 32C中的寄生电容耦合，EMI降低电路34可以在导线32A 32C 中的每一个与现场设备12的外壳接地之间提供去耦电容器。同时，现场总线通信链路的浮地电位、即电路接地，在工作期间可以相对于地线改变30 50V。连接到此类通信网络的、 隔离的、很好地设计的且紧密地包含的电路在存在相对于地线的此调制的情况下能够适当地操作。然而，由于本实施例中的现场设备12经由通信链路22连接到现场总线通信网络并连接到敏感通信链路30，并且由于通信链路30的每个导线电容地耦合到现场设备12的外壳接地，所以EMI降低电路34的电容器提供用于共模噪声耦合到通信链路30上的路径。 电路接地与外壳接地之间的电压差因此导致通信链路30上的信号相对于电路接地或共模噪声的调制。更具体地，导线32A 32C中的每一个上的信号“看到”对电路接地的不同输入阻抗。例如，导线32B可以载送来自远程设备16的传感器信号，而导线32A和32C可以分别载送传感器激励信号和传感器基准信号。导线32B上的传感器信号可能要求明显更高的DC 阻抗以例如使用差分放大器电路来适当地处理导线32B和32C之间的差分信号。在不存在共模噪声降低电路36的情况下，导线32A 32C上的输入阻抗方面的此差异导致响应于共模噪声的导线32A 32C上的不同电压，所述共模噪声经由EMI降低电路34的去耦电容器耦合到通信链路30上。现场设备12又看到导线32A 32C上的作为常模信号的不同噪声感生电压，并且有时未能适当地操作。另一方面，当共模降低电路36匹配导线32A 32C上的相对于现场设备12的电路接地的输入AC阻抗时，耦合到导线32A 32C上的干扰电压将在导线32A 43C中的每一个上具有相同的振幅，并且因此将不影响通信链路30上的常模信号(参见以上等式3)。 常模降低电路36因此使得现场设备12和远程设备16能够在存在共模噪声的情况下经由通信链路30来准确地交换数据，并且特别是当通信链路22上的现场总线通信相对于电路接地来调制现场设备12的外壳接地时。为了进一步阐明通信系统10的操作，接下来参考图2来来讨论某些电路类型中的匹配阻抗的更一般需要。图3和4然后示出多个实施例中的共模噪声降低电路34的电路图以及系统10的多个其它组件。最后，图5的三个示例性电路中的仿真的AC电压示出处理与通信链路30类似的通信链路上的传感器信号的多个不同方法。图2和5所示的AC电压的特定值是使用电路设计和模拟软件生成的。参考图2，电路70和72包括相同的远程传感器电路80A和80B，其仿真诸如上文参考图1讨论的远程设备16的设备。远程传感器电路80A和80B中的每一个经由各传感器功率线84A和84B从各输入电路82A或82B接收传感器功率信号。表示传感器信号的电压信号经由各传感器信号线86A或86B行进至输入电路82A或82B，并且基准信号经由各传感器基准线88A或88B行进。电路70和72因此在很大程度上是类似的。然而，不同于电路 72，电路70包含电阻器90以使线路84A上的阻抗与线路86A和88A上的阻抗匹配。同时， 在远程传感器电路80A和80B处，线路86A或86B上的传感器信号由于电路远程传感器电路80A和80B的电阻器92和94的差异而具有与线路88A上的传感器基准信号对线路84A 或84B上的传感器功率信号相比明显更高的对线路88A或88B上的传感器基准信号(以及对线路84A或84B上的传感器功率信号)的阻抗。AC电压源100仿真经由相同的耦合电容器102进入电路70和72的噪声源。方框 110中的数字示出当AC电压源100将电压信号耦合到导线84A-B、86A-B和88A-C上时出现在电路70和72的某些节点处的仿真的AC电压。应注意的是在其中匹配了导线上的阻抗的电路70中，在用方框110标记的每个节点处出现相同的AC电压。因此，导线84A、86B和 88A上的常模噪声是零。相反，在电路72中，常模噪声不是零，因为传感器功率线84B上的阻抗不与传感器信号线86B或传感器基准线88B上的阻抗匹配。因此，匹配输入电路82A 处的所有导线84A、86A和88A上的阻抗允许传感器末端处、即远程传感器电路80A处的这些导线之间的阻抗的显著变化，而对电路70对耦合到导线84A、86A和88A上的噪声的抗扰性没有影响。现在参考图3，电路200包括远程传感器电路202、电容耦合电路204、传感器激励电路206、差分放大器电路208和作为参考图1讨论的共模噪声降低电路34的实施例之一的有源阻抗匹配电路210。出于简化和明了的目的，将远程行程传感器的电路近似为具有耦合到传感器激励线214、传感器信号线216和传感器基准线218的电位计212的传感器电路202。在此近似表示中，传感器基准线216载送指示电位计212的抽头的位置的信号。 线路214、216和218—起限定可以与图1所示的通信链路30类似的通信链路224。通信链路2M可以包括屏蔽(未示出)以使导电线路214、216和218中的每一个绝缘。电容耦合电路204包括多个相等的去耦RF电容器230，每个电容器230耦合到导线214、216或218中的一个，并耦合到包括电路204、208和210的现场设备(诸如图1的现场设备1 的外壳接地232。在图3所示的示例性图示中，去耦电容器230可以另外仿真通信链路224的屏蔽与导电线路214、216和218中的每一个之间的电容。应注意的是，虽然线路214、216和218中的每一个将与同一电容相关联，但是根据通信链路2M的长度、类型及其它参数，由电容器230表示的实际电容可以改变。在操作中，传感器激励电路206在传感器激励线214上输出激励电流。在图3中用来自电位计212的抽头信号仿真的指示阀的位置的信号经由传感器信号线216行进至差分放大器电路208。其余电流经由传感器基准218行进至差分放大器电路208。差分放大器电路208将跨越线路216和218出现的常模信号放大并经由输出端240将已放大信号供应给模数(Analog-to-DigitaLA/D)转换器。电阻器242定义线路218上的信号对电路接地250的输入阻抗，而电阻器244至少部分地定义对线路216上的信号相对于电路接地250 的输入阻抗。通常，电阻器242和244可以相差一个或多个数量级。例如，图3所示的示例中的电阻器244提供比电阻器M2多约100倍的阻抗。有源阻抗匹配电路210相对于线路218上的信号监视线路216上的信号。为了防止常模噪声向差分放大器电路208呈现干扰常模信号，有源阻抗匹配电路210在分别定义传感器信号和传感器基准信号的输入的节点260或262处保持相等的输入AC阻抗。为此， 运算放大器270经由非反相输入端272来接收基准电压信号并经由反相输入端274来接收指示节点262处的电压的信号。运算放大器270的输出端276耦合到节点沈0。另外，电容器280和282分别串联地连接在节点260和262与输出端276或反相输入端274之间。电容器280和282阻挡DC电流以防止有源阻抗匹配电路210使来自远程传感器电路202的期望的信号衰减。电容器280和观2因此定义相关频率，在该相关频率下，运算放大器270 将调整输出端276处的电压。此外，电阻器四0串联地连接在节点沈0与电容器280之间以近似匹配线路218上的信号在节点262处“看到”的对电路接地250的阻抗。因此，在相关频率下，运算放大器270保持输出端276处的AC电压以匹配节点260和262处的对电路接地的阻抗，但是DC信号分量在节点260和262处保持不改变以使得能够在差分放大器电路208处准确地处理传感器信号。在替换实施例中，可以用具有耦合在节点260和电容器280之间的电阻器四0的无源阻抗匹配电路来替换有源阻抗匹配电路210，电容器280耦合到电路接地250。如下文参考图5所讨论的，本实施例可以与图3所示的有源阻抗匹配电路210相比可以提供链路 2M上的共模噪声的较小的降低。然而，与无源阻抗匹配电路相关联的成本也可以是更小的。通常，共模噪声降低电路36可以包括一个或多个有源阻抗匹配组件(包括例如运算放大器270)、无源阻抗匹配组件(诸如电阻器、电容器、电感器等)或有源和无源阻抗匹配组件的组合。图4示出大体上与上文讨论的电路200类似的电路300。然而，不同于远程传感器电路202，远程传感器电路302是经由通信链路320的分立的功率线310和312供电的。 通常，可以经由如图3所示的激励信号线214或以任何期望的方式，用经由诸如本示例的线路310和312的分立的功率线从现场设备供应的功率自发地对远程设备12(参见图1)供电(例如装配有电池、太阳电池板等)。如图4所示，共模噪声降低电路330可以与上文所讨论的电路210类似地与四线通信链路320相交互。更具体地，共模噪声降低电路330可以使通信链路320的线路之一上的输入AC阻抗与通信链路320的其它线路的输入AC阻抗匹配。通常，诸如电路210或320的共模降低电路可以增加或减小相应通信链路的一个或多个导线上的AC阻抗。例如，共模降低电路可以包括多个运算放大器以在多个导线上将 AC电压保持在期望水平。此外，共模降低电路可以包括诸如电阻器或电容器的无源组件、诸如运算放大器的有源组件或两者。还应注意的是通过调整电容器280和观2的值，或者通过添加其它电路组件以定义滤波器，例如，还可以选择性地阻挡某些AC频率并允许其它频率保持不受共模噪声补偿电路的影响。更进一步地，可以作为现场设备的电路的集成的部分、作为可安装在现场设备上或内部的独立的专用集成电路(ASIC)或以任何期望的形式来提供共模噪声降低电路(或有源阻抗匹配电路210、包括电容器和电阻器的无源阻抗匹配电路等)。最后，图5示出示例性电路400、402和404的仿真结果，示例性电路400、402和404 在传感器信号相对于电路接地电位看到的的输入阻抗的其各自处理方面上不同。特别地， 有源阻抗匹配电路400提供传感器基准线410与传感器信号线412之间的有源阻抗匹配。 电路400包括运算放大器、阻挡DC信号分量的电容器、近似地匹配DC阻抗的电阻器，并且大体上类似于上文所讨论的共模噪声降低电路。方框420示出电路400中的多个位置处的 AC电压。应注意的是在可以被视为大体上表示到现场设备或任何其它设备的输入端的节点422和似4处，传感器信号线412和传感器基准线410上的AC电压分别约为1. 60ImV和 1. 629mV。因此，在如果不是全部至少大多数实际应用中，节点422和4M处的AC电压充分地接近以有效地抵消经由相等的去耦电容器432从仿真噪声源430引入到线路412和410 的共模噪声。作为更简单的替换，无源阻抗匹配电路402通过经由电阻器442和电容器444将节点422耦合到电路接地440来匹配线路410和412上的输入阻抗。仿真结果因此指示节点422和似4处的AC电压现在分别是3. 43mV和1. 6^mV。因此，有源阻抗匹配电路400提供比无源阻抗匹配电路402更好的共模噪声降低。然而，应注意的是，在某些应用中，无源阻抗匹配电路402可能是足够的。相反，电路404既未提供有源也未提供无源阻抗匹配。因此，节点422和4 处的 AC电压的差是显著的。在本特定示例中，节点422处的AC电压约为7. 54mV且节点420处的电压约为1. 629mV0根据前述事项，将认识到上文讨论的输入AC阻抗匹配技术允许设备在存在共模噪声的情况下经由噪声敏感的通信链路准确地进行通信。这些技术一般可以应用于任何系统，其中噪声被耦合到通信链路上，使得使用该通信链路的一个或多个设备可以“看到”作为有效信号的噪声。特别地，上述技术适用于使用过程控制通信协议与其它过程控制设备通信并与诸如远程传感器的辅助设备交换附加数据的现场设备。还应注意的是虽然上文讨论的示例参考了 inundation现场总线通信协议，但匹配输入AC阻抗的共模降低电路的各种实施例可以类似地适用于Profibus、HART及其它通信协议。此外，可以预期除工业应用之外，可以在在家庭、民用、军事及其它环境中操作的设备中使用上文讨论的技术。虽然已经参考仅仅旨在是说明性的且并不旨在限制本发明的特定示例描述了本系统和方法，但对于本领域的技术人员来说显而易见的是在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对公开的实施例进行修改、添加和/或删除。
权利要求
1.一种在过程控制环境中操作的系统，该系统包括现场设备，其在所述过程控制环境中执行过程控制功能；远离所述现场设备设置的远程设备，其执行与所述现场设备的所述过程控制功能相关联的辅助功能；第一有线通信链路，其通信地耦合到所述现场设备和所述远程设备以支持所述现场设备与所述远程设备之间的数据通信；以及共模噪声降低电路，其耦合到所述现场设备和所述有线通信链路以降低在所述第一有线通信链路中产生的共模噪声。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第二有线通信链路，其通信地耦合到所述现场设备以支持与过程控制网络的过程控制数据的传送。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二有线通信链路上的信令在第一有线通信链路中产生共模噪声。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一通信链路与常模信令或差模信令中的一个相关联，并且，所述第二有线通信链路与浮地相关联。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一有线通信链路包括多个电线，并且，所述多个电线中的每一个在多个输入端中的相应的一个处连接到所述现场设备，其中所述多个电线中的第一个与在所述多个输入端中的第一个处的第一阻抗相关联，并且所述多个电线中的第二个与在所述多个输入端中的第二个处的第二阻抗相关联，其中，所述第一阻抗实质上不同于所述第二阻抗；以及其中所述共模噪声降低电路使所述第一阻抗与所述第二阻抗匹配，使得所述共模噪声在所述多个电线中的所述第一个和所述多个电线中的所述第二个上产生相等的电压。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述现场设备与浮地相关联；以及，所述共模噪声降低电路包括电阻器，其耦合到所述多个输入端中的第一个以近似地匹配在所述多个输入端中的至少另一个处的阻抗；以及电容器，其耦合到所述电阻器和所述浮地。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述现场设备与浮地相关联；以及，所述共模噪声降低电路包括运算放大器以匹配在所述多个输入端中的至少两个处的AC阻抗。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括过程控制网络，其包括控制器设备；现场总线通信链路，其根据现场总线通信协议来支持所述现场设备与所述控制器设备之间的过程控制数据的传送；以及其中，所述远程设备是经由所述第一有线通信链路向所述现场设备提供传感器数据的传感器。
9.一种在过程控制网络中操作现场设备的方法，其中，所述现场设备经由第一有线通信链路与远程设备通信并经由第二有线通信链路与过程控制网络通信，并且其中，第一有线通信链路具有经由多个相应的输入端连接到所述现场设备的多个导线，该方法包括获得在所述多个输入端中的第一个处对所述多个导线中的第一个上的信号的第一输入阻抗；获得在所述多个输入端中的第二个处对所述多个导线中的第二个上的信号的第二输入阻抗；以及调整所述第二输入阻抗以匹配所述第一输入阻抗以便降低所述第一通信链路上的共模噪声。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，调整所述第二输入阻抗以匹配所述第一输入阻抗包括在所述多个输入端中的所述第一个和所述多个输入端中的所述第二个处提供对AC电压的实质上相等的阻抗；以及在所述多个输入端中的所述第一个和所述多个输入端中的所述第二个处提供对DC电压的未改变的阻抗。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述现场设备与浮地相关联；以及，调整所述第二输入阻抗以匹配所述第一输入阻抗包括；提供运算放大器；将所述多个输入端中的所述第一个耦合到所述运算放大器的输入端；以及将所述多个输入端中的所述第二个耦合到所述运算放大器的输出端。
12.—种供在在过程控制环境中操作的网络中使用的现场设备，包括操作单元，其在所述过程控制环境中执行物理步骤；第一接口，其耦合到第一通信链路以与远程设备通信；第二接口，其耦合到第二通信链路以向所述网络传送过程控制信息；以及共模噪声降低电路，其耦合到所述第一接口以降低在所述第一通信链路中产生的共模噪声。
13.根据权利要求12所述的现场设备，其特征在于，所述现场设备与浮地相关联；所述第一通信链路包括被耦合到所述第一接口的多个相应输入端的多个电线；以及所述共模噪声降低电路包括输入阻抗匹配单元以匹配在所述多个输入端中的相应的一个处所述多个电线中的每一个上相对于所述浮地的输入阻抗。
14.根据权利要求12所述的现场设备，其特征在于，所述第一通信链路包括耦合到所述第一接口的多个相应输入端的多个电线；以及，所述共模噪声降低电路包括运算放大器以将与所述多个电线中的至少两个相关联的输入AC阻抗保持在实质上相等的水平。
15.根据权利要求14所述的现场设备，其特征在于，所述共模噪声降低电路还包括多个电容器以保持输入DC阻抗实质上不改变。
16.根据权利要求12所述的现场设备，其特征在于，所述现场设备是数字阀控制器；所述远程设备是远程传感器；所述第二通信链路支持与浮地相关联的通信协议。
17.根据权利要求16所述的现场设备，其特征在于，所述通信协议是Rnmdation 现场总线。
18.根据权利要求12所述的现场设备，其特征在于，所述共模噪声降低电路是具有电阻器和电容器的无源电路。
19.一种供耦合到有线通信链路的设备使用的噪声降低电路，其中，所述设备包括多个输入端以连接到所述有线通信链路的多个导线，所述噪声降低电路包括第一电路输入端，其耦合到在所述多个输入端中的第一个处的所述多个导线中的第一个；第二电路输入端，其耦合到在所述多个输入端中的第二个处的所述多个导线中的第二个；阻抗匹配单元，其使与所述多个输入端中的所述第二个相关联的输入AC阻抗和与所述多个输入端中的所述第一个相关联的输入AC阻抗匹配，并在所述多个输入端中的所述第一个处和所述多个输入端中的所述第二个处提供匹配的输入AC阻抗。
20.根据权利要求19所述的噪声降低电路，其特征在于，所述阻抗匹配单元包括运算放大器，其包括非反相输入端，其与基准电压信号相关联； 反相输入端，其耦合到第一电路输入端；以及输出端，其耦合到所述第二电路输入端以将所述第一电路输入端和所述第二电路输入端处的AC电压保持在实质上相等的水平。
21.根据权利要求20所述的噪声降低电路，其特征在于，所述阻抗匹配单元还包括 第一电容器，其被串联地连接在所述反相输入端与所述第一电路输入端之间以阻挡DC电压；以及第二电容器，其被串联地连接在所述输出端与所述第二电路输入端之间以阻挡DC电压。
22.根据权利要求20所述的噪声降低电路，其特征在于，所述阻抗匹配单元还包括被串联地连接在所述输出端与所述第二电路输入端之间以近似地匹配所述多个导线中的所述第一个上的阻抗的电阻器。
23.根据权利要求19所述的噪声降低电路，其特征在于，所述设备是适合于在现场执行物理步骤并与在过程控制环境中操作的网络进行通信的现场设备。
24.根据权利要求19所述的噪声降低电路，其特征在于，所述设备与浮地相关联，并且，所述噪声降低电路匹配相对于浮地的输入AC阻抗。
25.一种在过程控制环境中操作的系统，该系统包括 现场设备，其在所述过程控制环境中执行过程控制功能；远离所述现场设备设置的远程设备，其执行与所述现场设备的所述过程控制功能相关联的辅助功能；第一有线通信链路，其通信地耦合到所述现场设备和所述远程设备以支持所述现场设备与所述远程设备之间的数据通信，其中，所述第一有线通信链路包括 第一电线，其与第一阻抗相关联；以及第二电线，其与第二阻抗相关联；以及噪声降低电路，其耦合到所述现场设备和所述有线通信链路，包括 输入接点，其耦合到所述第一电线以感测所述第一阻抗； 输出接点，其耦合到所述第二电线；以及阻抗匹配组件，其可操作地耦合到所述输入接点和所述输出接点；其中，所述第二阻抗在所述噪声降低电路的工作期间近似等于所述第一阻抗。
全文摘要
本发明涉及现场设备中的共模噪声降低电路。在过程控制环境中操作的系统包括将在过程控制环境中执行过程控制功能的现场设备、远离现场设备设置以执行与现场设备的过程控制功能相关联的辅助功能的远程设备、通信地耦合到所述现场设备和所述远程设备以支持现场设备与远程设备之间的数据通信的第一有线通信链路、耦合到现场设备和有线通信链路以降低在第一有线通信链路中生成的共模噪声的共模噪声降低电路。
文档编号H03K19/0175GK102334077SQ201080009156
公开日2012年1月25日 申请日期2010年2月2日 优先权日2009年2月25日
发明者S·G·西伯格 申请人:费希尔控制国际公司