多芯片块工业处理控制变送器的制作方法

专利名称：多芯片块工业处理控制变送器的制作方法
技术领域：
本发明涉及处理控制工业，特别是具有改进的分辨度而无需提高功率需求的二线工业处理控制变送器。
许多工业处理压力变送器是电容压力变送器，这种电容压力变送器包括至少两个由一个可变形传感膜片和在膜片两侧的至少两个电容电极构成的电容传感器。响应施加到膜片两侧的不相等压力，导电膜发生形变，形变量基于压力差。在电容电极与膜片之间的空间中充满着一种介电填充流体。每个电容传感器的电容值与对应的电容电极与膜片之间的距离成反比。因此，当膜片随使用的压力变形时，两个电容传感器的电容量改变。
充电电路给电容电极提供电荷。每个电容器上的电荷是对应的电容电极与导电膜片之间的距离的函数，因此是测量的处理变量的函数。变送器电子器件包括一个测量电容器上电荷的模拟测量电路，一个将来自测量电路的模拟信号转换成二进制信号的模-数转换器，和一个将二进制信号转换成标准信号以经过一个二线通信环路发送到一个中央或控制站的数字系统电路。设计模拟测量电路以产生一个具有在选定的变送器压力量程上的4和20毫安(mA)之间变化的电流的模拟信号。
制造电容压力变送器以在由一个上范围限度(URL)限定的规定压力范围内操作。例如，压力变送器可以具有0至1,000磅每平方英寸(psi)的操作范围，因而，其URL是1,000psi。一个量程选择电路选择一个特定的压力范围，在这个压力范围上可以观测到变送器范围内的4至20mA的电流。例如，具有1,000psi的URL的变送器可以操作在一种环境中，测量0和150psi之间的压力量程。量程选择电路调节检测电路，从而使最大电流(20mA)代表量程的上限，例如，0-150psi的量程的150psi。可以调节量程选择电路，以使变送器能够在一个最小量程与一个最大量程之间的数个压力量程上操作。最大量程包括作为上限的URL，而最小量程是量程选择电路可以调节到的最小量程。变送器的“幅度变化范围(rangeability)”是最大量程与最小量程的比率。因此，具有1,000psi的URL和0至67psi的最小量程的变送器具有1000比67，或15∶1的范围度。
制造工业处理控制变送器以测量不同范围的和具有不同URL的压力。因而值得制造一种具有不同URL的给定变送器模型，以使许多变送器部件和大多数组件对于不同的变送器模型是通用的。但是，由于不同的URL造成每种模型的数种形式彼此不同。这些形式彼此间的区别主要在于密封的结构，电容传感器中使用的填充流体，和在于测量和充电电路上的差别。例如，Rosemout公司(Rosemount Inc.of Eden Prairie，Minnesota)制造的1151型压力变送器具有在1.082和6,000psi之间的URL的八种不同形式可用。通过减少范围的数量，可以降低与这种变送器的八种不同形式相关的制造成本。
为了减少制造的一种变送器的模型的数量，必须增大变送器的幅度变化范围，以允许选择较小的量程。增大幅度变化范围需要高分辨度测量电路。
关于分辨度的一个限制因素是变送器电路的可用功率。大多数变送器从通信环路提取功率，并且被设计为提取不超过3毫安(mA)的电流，和消耗不大于18毫瓦(mW)的功率。当前变送器电路使用操作在4.3伏的测量电子器件，消耗1.3mA电流，以产生4与20μA之间的模拟测量信号。数字系统电子器件操作在3.0伏，消耗1.7mA的电流。因此，变送器提取3mA的最大电流，并且消耗10.7mW的功率。在这些电平，变送器的分辨度是18位。将传感器范围的数量减小40％需要24比特左右的数字分辨度，这是具有当前功率分布和模-数技术的处理控制变送器目前所不具备的。
根据本发明的一个二线工业处理控制变送器包括一个传感器，至少两个集成电路，和一个电平移动电路。传感器响应一个参数，以提供一个代表该参数的值的模拟信号。第一集成电路包含一个包括传感器检测电路和数-模转换器的模拟部分的模拟测量电路。模拟测量电路耦合到传感器，并且响应来自传感器的模拟信号，以得出一个代表感测的参数的值的补偿模拟信号。第一电源干线耦合到一个电源，以将第一电平的电压提供到第一集成电路上的测量电路。第二集成电路包含一个包括调制解调器和模-数转换器的数字部分的数字系统电路。模-数转换器的数字部分响应第二补偿模拟信号，以将第二补偿模拟信号的数字代表提供到调制解调器。调制解调器响应第二补偿模拟信号的数字代表，以发送代表该数字代表的信号。第二电源干线耦合到电源，以将第二电平的电压至少提供到第二集成电路上的数字系统电路部分。电平移动电路将第一补偿模拟信号的电压电平移动到第二电压电平，以得出第二补偿模拟信号。
在本发明的一种形式中，变送器是从一个二线通信环路提取功率的的4-20mA级的，并且模拟测量电路和数字系统电路一同从环路提取不超过18mW的功率和不超过3mA的电流。一个DC-DC转换器向第二干线提供第二电平的电源电压，和向第二干线提供第一电平的电源电压。
在本发明的一些实施例中，模拟测量电路操作在高电压，数字电路操作在低电压，高电压是这样选择的，使得模拟测量电路消耗的功率不超过18mW减去数字电路消耗的功率，并且使模拟测量电路提取的电流不超过3mA减去数字电路提取的电流。
在一些实施例中，数字系统电路形成在第一和第二芯片块中，并且一个多芯片模块堆叠着第一和第二芯片块。在堆栈中形成有一个附加电源干线，以便在数个芯片块之间划分供给到堆栈的电压。结果，每个芯片块上的数字电路部分是由模块干线与外部干线之间的电压差提供电力的。一个第二电平移动电路在堆栈的芯片块之间移动数据信号的电压电平。
在一些实施例中，模拟和数字电路操作在不同的电源电压，以便将最大的功率施加到模拟电路。在其它实施例中，模拟电路和包含数字电路的芯片块堆栈操作在相同的电源电压。


图1是现有技术的二线工业处理控制变送器10的方框图。变送器10耦合到一个携带电流I的二线处理控制环路12。例如，环路12可以是一个能够根据包括HART、FieldBus或HSH在内的数种协议中的一种或多种操作的4-20mA处理控制环路，上述协议中的每一种都是可以用于Rosemount公司(Rosemount，Inc.ofEden Prairie，MN)制造的处理控制变送器的通信协议。变送器10包括一个耦合到一个处理过程的处理变量传感器14。例如，传感器14可以是一个感测诸如压力、温度、pH值、流量之类的处理变量的电容传感器。传感器14将一个代表正在监测的变量的模拟输出信号提供到传感器检测电路16。来自传感器充电电路18的电荷包给传感器14充电。检测电路16测量传感器14的电容量。检测电路16将代表处理变量的值的模拟信号提供到模-数转换器20，模-数转换器20操作，以便把一个代表变量的数字化输出提供到微处理器22。更具体地讲，检测电路16是一个提供代表传感器14上的电荷的信号并且将该信号提供到一个总和-增量模-数转换器20的积分器的电荷检测电路。微处理器22接收数字化信号，并且根据存储在存储器24中的指令和时钟26确定的速率操作。时钟26也把时钟信号提供给变送器10的其它电路的数字部分，包括模-数转换器20和输入/输出电路28的数字部分。
微处理器22通过输入/输出电路28，经过环路12与一个中央或控制站通信。以这种方式，变送器10将信息发送到中央或控制站，并且从中央或控制站接收信息。信息可以用数字格式、或模拟格式、或两种格式通信。数字格式的例子包括二进制信号，移相键控调制信号(其中信号的相位代表二进制数据)，或移频键控调制信号(其中信号频率代表二进制数据的二进制的1或0值)。模拟格式的例子是调制流过环路的电流I。
变送器10的电力一般是由中央站经过通信环路12和输出/输出电路28提供的，尽管也可以使用一个本地电源代替来自环路12的电力，或除了来自环路12的电力之外也使用一个本地电源。适当地设计变送器10，以便使消耗的功率不超过18mW，并且使从环路12提取的电流不超过3mA。结果，这些限制因素限制了变送器10的功率需求。输入/输出电路28从环路或从本地电源得到电压Vdd和Vss，并且经过电源总线30和32将电力提供到变送器10的各个电路。电源总线30上的电压Vdd一般是4.3伏DC，而电源总线32上的电压Vss一般是接地电压。
变送器分辨度受噪声的限制。图1中所示电路抽样后的有效噪声由下式代表Esh2=13kTKamplCl·fsBW,]]>其中Kampl是一个与变送器10的电路相关的常数，kT是一个与从传感器14抽样信号的模拟电路的最小可达到噪声底限相关的常数，BW是带宽，Cl是传感器14的电容量，fs是抽样率。对于一个给定带宽，噪声与传感器14的电容量和抽样率成反比。由于上式的其它项是固定的，因而可以仅通过增大传感器14的电容量或电路的抽样率降低有效输入噪声。但是，这些技术中的每一种都需要提高电路的功率。由于环路12和变送器10的限制因素限制了可用功率，似乎没有有效的方式来增大到变送器10的功率，以降低噪声并从而提高分辨度。
工业处理控制变送器的设计上的限制因素将可用功率限制为18毫瓦(mW)。变送器的数字电路产生的噪声在模拟电路上感应噪声。为了支持变送器的18比特分辨度，现有的工业处理控制变送器的模拟电路需要在1.3mA电流的4.3伏的最小电压消耗5.6mW的功率。数字电路操作在1.7mA电流的3伏最小电压消耗5.1mW的功率。结果是，现有技术的现有工业处理控制变送器具有10.7mW的功率消耗底限。利用变送器的18mW可用功率，现有变送器以59％的功率效率操作，以取得18比特分辨度。由于不能提高到变送器的功率，因而需要重新分配功率或提高功率效率以增大分辨度，从而取得更大的传感器范围度。
通过在变送器中使用功率高效组件可以提高功率效率，但是这些组件的价格昂贵，从成本上考虑，这是不可取的。结果，本发明的第一方面是要提供一种重新分配功率，以便使更多的电流可以用于模拟电路而不影响分辨度的技术。
图2是根据本发明第一实施例的一个变送器40的等效电路的方框图。变送器40包括一个由传感器充电电路18操作的传感器14。传感器检测电路16测量传感器14的电容量。传感器40，充电电路18和检测电路16可以与图1中所示的那些相同。传感器检测电路16的模拟输出代表被监测变量的值，并且作为一个输入提供到模-数转换器42。如将要结合图3更详细说明的，模-数转换器42包括模拟电路44，数字电路46，和一个电平移动电路48。数字电路46的输出是一个代表输入到转换器42的模拟信号的数字信号，并且作为一个输入信号提供到微处理器50。存储器52以与图1中连接到微处理器22的存储器24的相同方式耦合到微处理器50。存储器52的一部分是作为非易失性存储器的，但是可以根据来自通过环路12操作的中央站的命令编程的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。同样，时钟54以与图1中的时钟26连接到微处理器22和转换器42的数字电路以及输入/输出电路28的相同方式连接到微处理器52，转换器42的数字电路46，以及输入/输出电路56的数字部分。微处理器50向连接到环路12的输入/输出电路56提供输出。
如同图1中所示的电路的情况一样，输入/输出电路56提供了一个电源总线30，以便将电压Vdd的电力供给传感器充电电路18，传感器检测电路16，转换器42的模拟电路44，和电平移动电路48。输入/输出电路56也包括布置用于在总线60上以电压电平Vddd提供电力的DC-DC转换器58。总线60连接到电平移动电路48，数字电路46，微处理器50，存储器52，和时钟54。总线32是一个提供电压Vss的DC公共电源总线，它一般是电接地的。总线32耦合到模拟和数字电路。如图3中所示，模拟电路在一个模拟集成电路芯片70上，而数字电路在数字集成电路芯片72上。由于模拟和数字电路在分离的芯片上(也称为集成电路芯片块(integrated circuit dies)或硅基片)，数字电路产生的噪声不会感应到模拟电路中，并且模拟电路中的噪声显著地降低。两个硅基片是电绝缘的，从而使噪声不能从模拟电路通过硅基片到达数字电路。
如果Vdd是12伏DC，那么可以使模拟电路操作在低于0.5mA，而不会改变模拟电路的功率消耗(5.6mW)。与此同时，如果Vdd降低到1.8伏(等于半导体的两个二极管压降)，那么数字电路的功率消耗将降低到3.1mW。因此，变送器功率消耗将降低到8.7mW，而不影响操作特性。更重要的是，变送器的电流消耗将降低到2.2mA，比最大电流提取低0.8mA。本发明取得这个0.8mA的电流，并把它在再应用到模拟电路，从而提高了模拟电路的分辨度。结果，本发明不是使模拟电路操作在12伏的0.5mA，而是使其操作在12伏的1.3mA，消耗15.6mW的功率。但是，由于模拟电路的15.6mW的功率消耗造成变送器超过了允许的18mW的功率消耗，实际上可用于模拟电路的电流是1.25mA。结果，图2的变送器操作在2.95mA和18.0mW。由于数字电路在一个分离的芯片上，模拟电路上提高的电压电平不影响感应到数字电路中的噪声。
电平移动电路48起到在模-数转换器42的模拟电路44与数字电路46之间移动数据信号的作用。更具体地讲，电平移动电路48在模拟电路44的12伏操作与数字电路46的1.8伏操作之间，在模拟电路44和数字电路46之间移动数据信号。
图3示出了两个集成电路芯片70和72的线路图。在集成电路芯片70上形成了充电电路18、检测电路16、模拟电路44、电平移动电路48、和包括DC-DC转换器58在内的输入/输出电路的模拟部分56a。在集成电路芯片72上形成了数字电路46、包括存储器52和时钟54在内的微处理器50、和包括调制解调器74在内的输入/输出电路的数字部分56b。模-数转换器42的包括积分器76、积分器78、总和-增量(sigma-delta)转换器80、开关82和参考电压源84在内的模拟电路44的元件耦合在总线30和总线86之间，并且接收基于Vdda与Vssa之间的电压差的电力。总线86通过连接器88在90耦合到电接地点，或DC公共接点。同样地，微处理器50，存储器52，时钟54，包括调制解调器74在内的输入/输出电路的数字部分56d，数字计数器92和数字滤波器94耦合在总线60和总线96之间，并且接收基于Vddd与Vssd之间的电压差的电力。总线96通过连接器98耦合到地线90。因此，总线86和96代表了图2中所示的总线32，并且电压电平Vssd和Vssa是接地电平(DC公共接点)，和代表了图2中所示的Vss。DC-DC转换器58具有其连接到总线30的输入，总线30用作系统中的最高电压电源总线。在一个4-20mA处理控制变送器中，这个电压可以高达12伏。转换器58将总线30上的12伏电力转换成通过连接器102耦合到总线60的1.8伏电力。电平移动器48分别通过连接器104和106耦合到数字计数器92和数字滤波器94。
熟悉本领域的人员应当知道，由图3中所示的模拟电路44和数字电路46构成的模-数转换器是一个典型的总和-增量模-数转换器，在Gaboury等人申请的、1999年12月21日授权给本发明的同一受让人的第6,005,500号专利中显示和说明了它的操作。更具体地讲，总和-增量电路包括一个得出一个补偿模拟信号的模拟部分44，和一个数字部分46。也称为增量-总和、∑-Δ和Δ-∑电路的总和-增量电路在一个定时控制器的控制下对一个积分器产生一个交变极性平衡电流，并且因此与其它再平衡模-数转换器区分开。图3中所示的模-数转换器电路与上述Gaboury等人的专利中说明的电路的主要差别在于，本发明将电路的模拟和数字部分分割到分离的集成电路芯片上，并且使芯片72上的数字电路在1.8伏操作。电平移动电路48移动补偿模拟数据信号的信号电平，以得出移动的补偿模拟数据信号，从而使电路的数字部分46能够操作在一个正确的信号电平上。1.8伏数字电路的功率消耗是3.1mW左右，代表了从图1所示变送器的功率消耗降低了2.0mW，和比数字电路消耗的功率降低了40％。
可以把1.8伏数字电路减少的电流应用于模拟电路。与模拟芯片的高电压结合的附加电流提高了模拟芯片的分辨度，以支持24-位分辨度。结果，变送器可以用更多数量的较小量程范围的量程操作，从而提高了范围度。因此，图2和3的变送器的幅度变化范围比图1的变送器的范围度大大提高。
图4示出了一个用于替代图3中所示芯片72的多芯片模块。在图4中，调制解调器74和模-数转换器的数字电路46形成在一个第一集成电路芯片120上，微处理器50、存储器52、时钟54和输入/输出电路的其余数字部分56d形成在集成电路芯片122上。接口124在两个芯片120和122之间形成一个接口电平移动。芯片120和122以及接口124支撑在一个公共基片126上。芯片120的正电源侧耦合到总线30，芯片122的负电源侧耦合到总线32。总线30耦合到Vdda(例如，+4.3伏)，并且总线32耦合到Vss(例如，地线)。DC-DC转换器58耦合在总线30和32之间，向接口124提供Vdda/2的电压(即，+2.15伏)。接口124在芯片120和122之间提供了Vdda一半(Vdda/2)的电压电平的电接口。结果，供给调制解调器74和模-数转换器的数字电路46的电压是Vdda减去Vdda/2，供给微处理器50及其它数字电子器件的电压等于Vdda/2减去Vss。利用+4.3伏的Vdda和接地电压Vss，为每个数字芯片的数字电子器件提供了2.15伏的电力。接口124的电平移动电路也用于在芯片122和120之间的数据信号加上或减去Vdda/2(例如，2.15伏)。
图5示出了以图2的相同方式利用图4的多芯片模块的变送器的电路图。DC-DC转换器53向总线60提供+2.15伏的功率电平(Vdda/2)，同时将4.3伏功率电平(Vdda)提供给总线30。结果，总线60是正电源总线，经过接口124将+2.15伏电力提供到输入/输出电路56中的调制解调器74，到电平移动电路48，到微处理器50，存储器52，时钟54，和芯片122上的输入/输出电路56的其它数字电路56d。芯片120上的模-数转换器42的数字电路46和芯片70上的模拟电路44(图3)接收来自总线30上的Vdda的+4.3伏的电力。接口124的电平在Vdda/2，并且形成用于芯片120上的调制解调器74、数字电路46和电平移动器48的低电压的，或者说更负的，电源总线。总线32是芯片122的负电源总线。图4和5中所示电路的结果是，数字电子器件上堆叠的集成电路芯片提取的电流是两个芯片中任何一个提取的最大电流。结果，与如图2中所示的电路的情况一样，图4和5的数字电路不是提取了1.7mA电流的数字电路，而是在5.6mW功率提取了大约700μA(0.7mA)的电流。此时，模拟电路在5.6mW功率提取了1.3mA的电流。通过将1.0mA的电流再分配给模拟电路，模拟电路的功率消耗将是10mW，导致了变送器的12.5mW的功率消耗。
与图2和3的变送器相比，图4和5的变送器的主要优点是，图4和5的变送器不需要图2和3中Vdda所需的增压。图4和5的变送器消耗12.5mW的功率，这意味着功率效率(使用功率与可用功率的比)是69％，而图1的变送器的功率效率是59％。
如果需要，可以把图4和5的变送器的双数字芯片特征与图2和3的变送器的增压特征组合，以取得更大的模拟电路功率。因此，利用消耗2.5mW功率的数字电路，可以将总线30上的Vdda电压提高到6.5伏之高，从而可以将模拟电路中的功率增大到最大15.5mW左右。
图6示出了图4和5的实施例的一种改进，其中取消了DC-DC转换器58，总线上电压Vdd是大约4.3伏，并且提供到模拟芯片和堆叠的数字芯片二者。如前面的实施例一样，总线30将Vdd的电力提供到模拟电路，并且也提供给连接到图4和5的实施例中的总线60的那些数字电路。结果，总线30是正电源总线，将+4.3伏的电力提供到输入/输出电路56中的调制解调器74，并提供到芯片120上的模-数转换器42的电平移动电路48和数字电路46，以及模拟电路44，检测电路16，充电电路18，和输入/输出电路的模拟部分56a。如图4和5的实施例的情况一样，电平移动接口124提供电压Vdd/2(例如，+2.15伏)，以及在数字电路之间移动电平。结果，接口124形成了芯片120上的调制解调器74、数字电路46和电平移动器48的低电压的，或者说更负的，电源总线，并且形成了对芯片122上的微处理器50、存储器52、时钟54、和输入输出电路56的其它数字电路56d的正电源总线。总线32是芯片122以及变送器的模拟电路的负电源总线。
图6中所示电路的主要优点是取消了DC-DC转换器。此外，利用数字电路可用的4.3伏电压(每个数字芯片120和122各2.15伏)，使功率效率提高到72％。
因此，本发明提供了一种允许提高分辨度和降低噪声，而不影响可用功率，并且不改变传感器的电容量或变送器的抽样率的变送器。该电路将变送器的模拟和数字部分分开，以提高分辨度，和为数字电路提供了功率等级，以更有效地使用功率。通过将分辨度增大到到24比特之高，可以使变送器的量程数量减少40％之多，导致提高了幅度变化范围和降低了制造成本。
尽管本发明是参考优选实施例说明的，但熟悉本领域的工作人员应当认识到可以在形式上和细节上进行改变，而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种适合于耦合到二线环路的工业处理控制变送器，包括传感器；第一集成电路，包括从二线环路得到电力以提供第一电压电平的第一电源干线，和耦合到传感器并且被提供第一电压电平电力的模拟测量电路，模拟测量电路包括传感器检测电路和模-数转换器的模拟部分以得出代表感测的参数的第一补偿模拟信号；第二集成电路，包括包括模-数转换器的数字部分的数字系统电路，模-数转换器的数字部分响应第二补偿模拟信号，和从二线环路得到电力以提供低于第一电平的第二电压电平的第二电源干线，第二电源干线给数字系统电路的至少一个部分提供电力；和将第一补偿模拟信号的电压电平移动到第二电压电平以得出第二补偿模拟信号的电平移动电路。
2.根据权利要求1所述的变送器，其特征在于第二集成电路芯片上的数字系统电路包括调制解调器，以便发送代表数字代表的信号。
3.根据权利要求1所述的变送器，其特征在于变送器为4-20mA级，并且模拟测量电路和数字系统电路一同从环路提取不大于18mW的功率和不大于3mA的电流，该变送器包括给第二电源干线提供不大于两个二极管压降的第二电压电平，并且给第一电源干线提供第一电压电平的DC-DC转换器，以便使模拟测量电路消耗的功率不大于18mW减去第一集成电路消耗的功率，并且使模拟测量电路提取的电流不大于3mA减去数字系统电路提取的电流。
4.根据权利要求3所述的变送器，其特征在于第二集成电路芯片上的数字系统电路包括一个调制解调器，以便发送代表数字代表的信号。
5.根据权利要求1所述的变送器，其特征在于包括耦合到第一和第二集成电路的并且由二线环路提供电力的公共电源干线，以提供公共电压电平，第二集成电路包括各形成数字系统电路的相应部分的第一和第二芯片块，堆叠了第一和第二芯片块的多芯片模块，耦合到第一芯片块以向第一芯片块上的数字系统电路部分提供第一电压电平的第一电源干线，耦合到第二芯片块以向第二芯片块上的数字系统电路部分提供公共电压电平的公共电源干线，和耦合到第一和第二芯片块的接口，该接口包括第二电源干线，以向第一和第二芯片块上的数字系统电路部分提供第二电压电平，第二电压电平在第一和公共电压电平之间，从而由第一和第二电压电平之间的电压差向第一芯片块上的数字电路部分供电，和第二和公共电压电平之间的电压差向第二芯片块上的数字电路部分供电。
6.根据权利要求5所述的变送器，其特征在于包括在两个芯片块之一上的调制解调器，以便发送代表数字代表的信号。
7.根据权利要求6所述的变送器，其特征在于包括用于在第一和第二芯片块之间移动数据信号的电压电平的第二电平移动电路。
8.根据权利要求5所述的变送器，其特征在于包括用于在第一和第二芯片块之间移动数据信号的电压电平的第二电平移动电路。
9.根据权利要求5所述的变送器，其特征在于变送器为4-20mA级，并且模拟测量电路和数字系统电路一同从环路提取不大于18mW的功率和不大于3mA的电流，该变送器包括给第二电源干线提供低于第一电压电平，不大于两个二极管压降的第二电压电平的DC-DC转换器，以便使模拟测量电路消耗的功率不大于18mW减去第一集成电路消耗的功率，并且使模拟测量电路提取的电流不大于3mA减去第一和第二芯片块提取的电流。
10.根据权利要求9所述的变送器，其特征在于包括在两个芯片块之一上的调制解调器，以便发送代表数字代表的信号。
11.根据权利要求10所述的变送器，其特征在于包括用于在第一和第二芯片块之间移动数据信号的电压电平的第二电平移动电路。
12.根据权利要求9所述的变送器，其特征在于包括用于在第一和第二芯片块之间移动数据信号的电压电平的第二电平移动电路。
13.一种适合于耦合到二线环路的工业处理控制变送器，包括传感器；第一集成电路，包括耦合到传感器的模拟测量电路，该模拟测量电路包括传感器检测电路和模-数转换器的模拟部分，以得出一个代表感测的参数的值的第一补偿模拟信号；第二集成电路，包括至少包括响应第二补偿模拟信号的模-数转换器的数字部分的第一芯片块，至少包括响应模-数转换器的数字部分以发送代表感测的参数的信号的调制解调器的第二芯片块，堆叠了第一和第二芯片块的多芯片模块，和在第一和第二芯片块之间的接口电源干线；由二线环路提供电力，以向第一芯片块和第一集成电路提供第一电压电平的第一电源干线；由二线环路提供电力，以向第二芯片块和第一集成电路提供公共电压电平的第二电源干线；用于移动第一补偿模拟信号的电压电平以得出第二补偿模拟信号的第一电平移动电路；和用于在第一和第二芯片块之间移动数据信号的电压电平的第二电平移动电路。
14.根据权利要求13所述的变送器，其特征在于接口电源干线提供第一和公共电压电平之间的第二电压电平，从而由第一和第二电压电平之间的电压差向第一芯片块供电，和由第二和公共电压电平之间的电压差向第二芯片块供电。
15.根据权利要求14所述的变送器，其特征在于变送器为4-20mA级，并且模拟测量电路和数字系统电路一同从环路提取不大于18mW的功率，和不大于3mA的电流。
16.根据权利要求13所述的变送器，其特征在于变送器为4-20mA级，并且模拟测量电路和数字系统电路一同从环路提取不大于18mW的功率，和不大于3mA的电流。
全文摘要
一种二线工业处理控制变送器包括传感器(14)，至少两个集成电路(70，72)，和电平移动电路(48)。第一集成电路(70)包含包括传感器检测电路(16)和数－模转换器的模拟部分(44)的模拟测量电路。第二集成电路(72)包含一个包括调制解调器(78)和模－数转换器的数字部分(46)的数字系统电路。可以给第一和第二集成电路提供不同电压电平(Vdda，Vddd)的电力，以使模拟电路的功率最大，和提高分辨度。作为选择，可以给两个集成电路提供相同电压电平(Vddd)的电力，但是将数字电路分割到数个堆叠的芯片块(120，122)中，以使每个数字电路的电压最小。在这两种情况的任何一种中，电平移动电路(48)在模拟和数字电路之间移动电压电平。
文档编号G05B19/042GK1473289SQ01813967
公开日2004年2月4日 申请日期2001年7月12日 优先权日2000年8月10日
发明者韦斯顿·R·罗珀, 大卫·G·泰森, 布赖恩·L·韦斯特菲尔德, 迈克尔·J·加布瑞, J 加布瑞, L 韦斯特菲尔德, G 泰森, 韦斯顿 R 罗珀 申请人:罗斯蒙德公司