工控HART芯片国产替代，晶华微为工控企业智能化转型赋能
当下国际供应链断裂，我国工业控制系统卡脖子现象进一步加剧，一大批优质的工控企业受制于人，更凸显出中国在工业控制领域的短板。
作为工业控制系统的核心元器件——工控类芯片，实现国产替代，自主可控，成为了我国工业控制系统国产化的必经之路。
HART通信协议介绍
传统的模拟信号工业仪表只能传输目标测量值，无法传输设备状态、诊断和额外的变量，无法有效的对设备进行配置和故障排除。如何让传统的模拟工业自动化系统变得更加智能化？HART通信协议应运而生。
HART(highway addressable remote transducer，可寻址远程传感器高速通道)通信协议由美国 Rosemount 公司于20世纪80年代中期推出，主要用于现场智能仪表和控制室系统间进行数字通信。现今，HART通信协议已被世界上三分之二以上的现场设备所采用，成为智能工业控制领域的国际标准。
HART调制解调器芯片介绍
HART调制解调器芯片使用FSK技术，在4~20mA信号过程量上叠加一个频率信号，成功地把模拟信号和数字信号双向同时通讯，而不互相干扰。采用Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的4～20mA模拟信号上叠加一个频率数字信号进行双向数字通信。数字信号的幅度为0.5mA ，数据传输率为1200bps，1200Hz代表逻辑“1”，2200Hz代表逻辑“0”。数字信号波形如图1所示：
图1. HART波形图
HART调制解调器芯片可以将设备和系统集成起来，以检测先前检测不到的问题，实时检测设备或过程的连接问题。通过获取新的早期预警，以减少偏差造成的影响，避免非计划停机或过程中断所引起的高成本。快速确定和验证控制回路和设备配置，使用远程诊断，以减少不必要的现场检查。
杭州晶华微电子有限公司自主研发的HART调制解调器芯片专为实现HART协议而设计，型号包括SD2017B、SD2057、SD2085。下面对这三款产品进行详细介绍：
SD2017B芯片介绍
SD2017B是一款专为实现 HART 协议而设计的 CMOS 单片调制解调器芯片，其主要的功能特点为：
符合 HART 通信协议物理层要求 单芯片半双工 1200b/s 的 FSK调制解调器 符合 Bell202 标准载波 1200Hz 和 2200Hz HART波形整形输出具有额外驱动能力 可接 3.6864MHz 晶振或使用外部时钟源 工作电压 2.7V~5.5V 低功耗，调制模式下最大功耗为 90μA -55℃至+125℃工作温度范围 32脚 LQFP 封装，如图2所示 满足 RoHS 环保要求
图2. SD2017B封装片
SD2017B本身集成满足 HART 物理层规范功能要求的大部分功能，包括调制与解调，输入信号滤波，载波检测和发送信号波形整形等，因此只需再外加少量无源元件，即可实现支持带HART功能产品设计。如图3所示，为SD2017B的一种典型应用。
图3. SD2017B应用于智能变送器
SD2017B作为SD2015B的升级产品，芯片管脚匹配SD2015B、HT2015及A5191HRT，在一定范围内，可实现兼容替换，如图4所示，为SD2017B替换SD2015B的实现方法。
图4. SD2017B芯片替换SD2015B
使用SD2017B替换SD2015B、HT2015及A5191HRT设计应用方案，外围无源器件减少到原本的三分之一，晶体振荡器由原本的460.8kHz陶瓷振荡器替换为3.6864MHz晶体振荡器，降低成本的同时也更易于采购，简化电路设计、降低成本。
SD2057芯片介绍
SD2057是一款专为实现 HART 协议而设计的 CMOS 单片调制解调器芯片，其主要的功能特点为：
符合 HART 通信协议物理层要求 符合 Bell202 标准载波 1200Hz 和 2200Hz 内部集成接收滤波器，所需外部元件极少 HART 波形整形输出具有额外驱动能力 UART 接口 工作电压 2.7V~5.5V 低功耗,调制模式下最大功耗为 112µA -55℃至+125℃工作温度范围 24 引脚 4mm x 4mm QFN 封装，如图5所示。 满足 RoHS 环保要求
图5. SD2057封装片
SD2057集成了所有必要的HART 信号滤波、信号检测、调制、解调及波形整形等功能的电路模块，满足 HART 物理层规范要求，只需添加少量外围无源元件，即可应用于支持 HART 协议的现场仪表和控制器中。如图6所示，为SD2057应用于变送仪表中的一种典型应用。
图6.SD2057典型应用图
SD2085芯片介绍
SD2085是一款专为实现 HART 协议而设计的 CMOS 单片调制解调器芯片，其主要的功能特点为：
单芯片、半双工 1200bps FSK 调制解调器 符合 HART 通信协议物理层要求 符合 Bell202 标准载波 1200Hz 和 2200Hz HART 波形整形输出具有额外驱动能力 数字信号处理确保可靠的输入信号检测 UART 接口 工作电压 2.7V~3.6V 低功耗,调制模式下最大功耗为 85μA -55℃至+125℃工作温度范围 20 引脚 5mm x 5mm x 0.75mmTQFN 封装，如图7所示。 满足 RoHS 环保要求
图7. SD2085封装片
SD2085集成了所有必要的HART 信号滤波、信号检测、调制、解调及波形整形等功能的电路模块，满足 HART 物理层规范要求，只需添加少量外围无源元件，即可应用于支持 HART 协议的现场仪表和控制器中。如图8所示，为SD2085应用于变送仪表中的一种典型应用。
图8. SD2085典型应用图
结语
国内的工业控制系统在不断变化和创新中呈现出快速增长的趋势，晶华微将继续加码，研发出更多高质量的工控相关产品和系统解决方案，助力加速工控芯片国产化进程，打破国外垄断局面。并加强与工控企业达成战略合作伙伴关系，延伸和提高新技术，助力工控企业不断提升智能化水平，推动中国工业物联网产业的新发展。
原文链接：工控HART芯片国产替代，晶华微为工控企业智能化转型赋能
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声明：本文由市场部整理发布，仅供公司内部参考。
