深入解析onsemi A5191HRT HART调制解调器

在工业通信领域，HART（Highway Addressable Remote Transducer）协议凭借其强大的功能和稳定性被广泛应用。而onsemi的A5191HRT调制解调器，无疑是实现HART通信的得力助手。今天我们就来深入了解一下这款单芯片CMOS调制解调器。

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产品概述

A5191HRT专为HART现场仪器和主机设计，仅需搭配少量外部无源元件，就能满足HART物理层的各项要求，包括调制、解调、接收滤波、载波检测和发射信号整形等功能。它采用1200比特每秒的相位连续频移键控（FSK）技术，并且在发射操作时会禁用接收电路，反之亦然，以此实现HART通信所需的半双工操作。

产品特性亮点

高性能调制解调

作为单芯片、半双工的1200比特每秒FSK调制解调器，它采用Bell 202标准的1200 Hz和2200 Hz移频，确保了通信的准确性和稳定性。这种频率选择在工业环境中能够有效减少干扰，提高通信质量。

宽电源电压范围

支持3.0 V - 5.5 V的电源供电，这使得它可以适应不同的电源系统，为设计带来了更大的灵活性。无论是采用3.3 V还是5 V的微控制器，A5191HRT都能与之兼容。

低功耗设计

其低功耗特性使其非常适合本安型应用。在工业现场，许多设备对功耗有着严格的要求，低功耗不仅可以降低能源消耗，还能减少设备发热，提高设备的可靠性和稳定性。

内部振荡器

内部振荡器仅需一个460.8 kHz的晶体或陶瓷谐振器，就能为调制解调器提供稳定的时钟信号。这种设计既简化了电路设计，又降低了成本。

多封装形式可选

提供28引脚PLCC、32引脚QFN和32引脚LQFP三种封装形式，方便工程师根据不同的应用场景和设计需求进行选择。同时，这些封装都是无铅器件，符合环保要求。

电气特性与引脚说明

绝对最大额定值

A5191HRT对环境温度、存储温度、结温、电源电压等都有明确的最大额定值限制。例如，环境温度范围为 -40°C 至 +85°C，存储温度范围为 -55°C 至 +150°C，电源电压范围为 -0.3 V 至 6.0 V。一旦超过这些极限值，可能会损坏设备，影响其功能和可靠性。

引脚功能

不同封装的引脚功能各有特点，但主要的功能引脚包括用于接收数据的RxA、用于发射数据的TxD、载波检测输出CD等。以32引脚QFN和LQFP封装为例，每个引脚都有明确的定义和用途，比如AREF引脚用于提供模拟参考电压，通常选择1.23 V（搭配VDDA = 3.3 V时）。电子工程师在设计电路时，需要仔细研究这些引脚功能，确保正确连接和使用。

功能详细解析

调制器

调制器接收NRZ形式的数字数据，在TxD输入，通过数控振荡器（NCO）以相位连续模式工作，生成FSK调制信号，并在TxA输出。逻辑“1”对应1200 Hz频率，逻辑“0”对应2200 Hz频率。在RTSB信号为低电平时，调制器处于激活状态，设备进入发射模式；当RTSB为高电平时，调制器禁用，设备进入接收模式。

解调器

解调器在RxA输入接收FSK信号，经过带通滤波器过滤后，在RxD输出恢复原始调制信号。同时，载波检测电路会检测信号强度，当接收到的信号在4个连续载波周期内高于100 mVpp时，CD输出高电平。

接收滤波器和比较器

接收的FSK信号首先通过一个围绕低噪声接收器运算放大器构建的带通滤波器进行过滤，以阻挡HART信号频带之外的干扰。滤波器输出被送入比较器，比较器在过滤后的FSK信号的每个过零点切换。在输入频率符合HART规范、时钟频率为460.8 kHz（±1.0%）且输入（RxA）无不对称性的条件下，解调器的最大抖动为1比特的12%。

载波检测电路

为了减少误码率，载波检测电路将最小信号幅度设置为80 - 120 mVpp。当接收到的信号低于此水平时，解调器将被禁用。只有当RTSB为高电平且比较器输出连续4个脉冲时，载波检测输出引脚CD才会变为高电平。

其他模拟电路

A5191HRT需要两个参考电压AREF和CDREF，以及一个偏置电流电阻RBIAS。AREF设置内部运算放大器的直流工作点，CDREF决定载波检测激活的电平。偏置电流电阻用于控制内部运算放大器和比较器的工作参数。

振荡器

调制解调器需要一个460.8 kHz的时钟信号，可以由外部时钟或连接到内部振荡器的谐振器提供。内部振荡器可以使用460.8 kHz的晶体或陶瓷谐振器，而外部时钟选项可以降低功耗。

应用场景

HART多路复用器

在工业自动化系统中，HART多路复用器可以同时连接多个HART设备，实现数据的集中采集和传输。A5191HRT的高性能和低功耗特性使其非常适合应用于HART多路复用器中。

HART调制解调器接口

为各种工业设备提供HART通信接口，方便设备与上位机或其他控制系统进行通信。

4 - 20 mA环路供电变送器

在工业过程控制中，4 - 20 mA环路供电变送器是常用的传感器设备。A5191HRT可以与这些变送器集成，实现HART协议通信，为设备增加更多的功能和数据传输能力。

订购信息

A5191HRT提供多种不同的型号和包装选项，以满足不同客户的需求。客户可以根据自己的需要选择合适的温度范围、封装形式和运输配置。需要注意的是，部分型号可能已经停产，具体信息请参考数据表或联系当地销售代表。

总之，onsemi的A5191HRT调制解调器凭借其丰富的功能、高性能和低功耗等优点，在HART通信领域具有很大的应用潜力。电子工程师在设计相关设备时，可以充分考虑这款调制解调器，以提高设备的通信性能和可靠性。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。