可寻址远程传感器高速通道采样的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于处理电信号，且尤其是其中编码有数字信号的模拟电信号的方法 及设备。例如，本发明尤其地，但并不排他地，有利于处理其中编码有HART信号的模拟电信 号。
【背景技术】
[0002] 在任一时刻只能有一个电流电平存在的模拟电流回路通常被用于远程监视和/ 或控制现场设备。4_20mA(四到二十毫安电流回路）是众所周知且广泛应用的用于工业仪 器和通信的模拟电传输标准。经由电流回路提供4-20mA信号，其中4mA代表零信号且20mA 代表最大信号。使用4mA信号而不是OmA来代表零信号，允许检测到开路状态。
[0003] 开发出了可寻址远程传感器高速通道（HART)通信协议，以提供能够用在4_20mA 模拟电流回路上的数字工业自动化协议，从而共享由4-20mA系统使用的一对线路。
[0004] 该HART协议利用Bell 202兼容频移键控（FSK)信号，把处于低电平的数字通信 信号叠加到4-20mA模拟信号上。Bell 202兼容系统使用1200Hz来代表标记（mark) ('1'）， 以及使用2200Hz来代表空格（space) ('0'）。HART实现了双向现场通信，并且使得除了由 4-20mA信号传送的过程变量以外的附加信息可以被发送至启用HART的现场仪器或者从启 用HART的现场仪器来发送。
[0005] 虽然存在用于提供现场设备的实时分布式控制的较新的工业过程协议，例如现场 总线（Fieldbus)，但是4-20mA模拟电流回路的安装基础庞大，正因如此HART在广泛使用。 因此在用于HART信号处理的改进的方法和系统方面存在普遍关注。
【发明内容】
[0006] 本发明的一个目的是提供处理模拟信号的改进的方法。
[0007] 根据第一个方面，提供了一种用于处理电信号的方法。该方法包括接收包括频率 调制信号的电信号，该频率调制信号编码有数字数据；采样电信号的第一部分以提供第一 样本集；根据第一样本集确定中间值；从多个存储的输出值中获得第一输出值，该输出值 指示电信号的第一部分中的频率调制编码值；以及输出该第一输出值的指示。
[0008] 从而该第一方面提供了 一种用于快速且有效地处理电信号以确定频率调制编码 值的方法。
[0009] 该电信号还可以包括模拟数据。例如，该电信号除了包括编码数字数据的频率调 制信号以外，还可以包括4_20mA信号。
[0010] 该输出值的指示可以是第一输出值本身。该第一输出值可以是二进制值。例如， 该第一输出值可以是HART数据比特。因此，无需昂贵的HART解码器，可以从电信号中获得 HART数据比特。
[0011] 确定中间值可以包括：确定与所述第一样本集中多个第一样本中的每一个相关的 二进制值，该中间值包括所述二进制值。
[0012] 米样电信号的第一部分可以包括：以83. 3 μ s的米样速率来米样该电信号的第一 部分。对于诸如处理电信号内HART数据比特的应用，83. 3μ s的采样速率可以特别有利。
[0013] 采样电信号的第一部分可以包括：从该电信号的第一部分获得十个样本，使得第 一样本集包括十个样本。对于诸如处理电信号内HART数据比特的应用，已经发现获得十个 样本提供了所要求的精度，同时仅要求少数量的存储的输出值和低的联机处理成本。
[0014] 该第一部分可以是电信号的多个采样部分之一，每个采样部分提供相应的样本 集。该多个采样部分可以是连续的。
[0015] 该多个样本集中的每一个可以与该多个样本集中紧接在前的一个样本集相差单 个样本，使得该多个样本集定义了接收到的电信号上的滑动窗口。
[0016] 每个样本集可以与相应的计数相关联。该计数可以被称为转变参考计数。该方法 还可以包括基于与第一样本集相关联的计数从多个样本集中选择第一样本集。这样，可以 选择用于确定中间值，从而确定第一输出值的样本集，以便提高所获得的第一输出值的精 度。
[0017] 该计数可以处于相对于频率调制信号中所编码的所述数字数据的数据比特的锁 相环中，使得该计数与频率调制信号中所编码的数据比特同步。该计数可以在循环中增加， 使得在电信号中所编码的数据比特之间的转变处，该计数从最大计数值到最小计数值进行 循环。
[0018] 与第一样本集相关的计数可以指示该第一样本集与频率调制信号中所编码的数 据比特的基本上中间部分相关联。可以从多个样本集中选择第一样本集，因为与第一样本 集相关联的计数指示该第一样本集与数据比特的基本上中间部分相关联。这样，基于该数 据比特的基本上中间部分来确定第一输出值，从而在检测频率调制信号中所编码的数据比 特之间的转变时减小了错误的影响。
[0019] 该方法还可以包括对接收到的电信号进行滤波以生成滤波信号。采样接收到的信 号的第一部分可以包括采样该滤波信号的第一部分。
[0020] 对接收到的电信号进行滤波可以包括将信号输入到带通滤波器，该带通滤波器具 有约在IKHz至3ΚΗζ范围内的通带。
[0021] 该方法还包括填充存储的输出值。填充存储的输出值可以包括：确定多个可能的 中间值，并且对于所述可能的中间值中的每一个，选择与该中间值相关联的相应的数据比 特。
[0022] 选择相应的数据比特以与中间值相关联可以包括：将傅里叶变换应用于该中间 值，并且根据所得到的频率分布选择数据比特。例如，如果所得到的频率分布的中心主要在 1200Hz周围，则可以选择数据比特值"1"。如果所得到的频率分布的中心在2200Hz周围， 则可以选择数据比特值"〇"。替代地，选择相应的数据比特以与特定的中间值相关联可以包 括将傅里叶变换应用于生成该中间值的电信号。
[0023] 可以以查找表（LUT)的形式存储所存储的输出值，但是也可以以任何适当的形式 提供所存储的输出值。
[0024] 根据本发明的第二个方面，提供了一种用于处理电信号的设备。该设备包括：接 收机，其被设置成接收包括频率调制信号的电信号，该频率调制信号编码有数字数据；采样 器，其被设置成采样电信号第一部分以提供第一样本集；存储器，其用于存储多个输出值， 每个存储的输出值指示频率调制编码值；以及处理模块，其被设置成处理第一样本集，以确 定中间值，基于该中间值从多个输出值中获得第一输出值，该第一输出值与第一样本集相 关联，以及输出所获得的输出值的指示。
[0025] 处理模块可以被设置成输出二进制值。例如，该处理模块可以被设置成输出HART 数据比特。
[0026] 采样器可以被设置成确定与所述第一样本集中多个第一样本中的每一个相关联 的二进制值，并且该处理器可以被设置成确定中间值，使得该中间值包括二进制值。
[0027] 该米样器可以被设置成以83. 3 μ s的米样速率米样电信号的第一部分。
[0028] 该采样器可以被设置成通过从第一部分获得十个样本来采样电信号的第一部分， 使得第一样本集包含十个样本。
[0029] 该采样器可以被设置成采样电信号的多个部分，以及为每个采样部分提供相应的 样本集。
[0030] 该采样器可以被设置成采样电信号的多个连续部分。
[0031 ] 该米样器可以被设置成关于滑动窗口来米样电信号的每个部分。
[0032] 例如，该采样器可以被设置成，在采样所述部分中的每个部分之后，将滑动窗口在 电信号上移动一个样本，使得每个样本集与紧接在前的样本集相差一个样本。
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