本公開(kāi)一般涉及裝置之間的通信。更具體地，本公開(kāi)涉及用于現(xiàn)場(chǎng)裝置和控制或主機(jī)裝置之間的通信的接口。

背景技術(shù)：

工業(yè)控制系統(tǒng)和分布式控制系統(tǒng)（dcs）與多種現(xiàn)場(chǎng)（或輸入）裝置對(duì)接。從控制或主機(jī)裝置的角度來(lái)看，輸入裝置（例如，作為換能器和傳感器）是將信號(hào)傳送到控制或主機(jī)裝置的裝置。另一方面，諸如致動(dòng)器、線圈和螺線管的輸出裝置從控制或主機(jī)裝置接收信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)裝置可以使用兩個(gè)，有時(shí)三個(gè)或四個(gè)線將信號(hào)傳送到控制裝置或從控制裝置接收信號(hào)。它們可以傳送或接收處于離散電平的形式的模擬或數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)或調(diào)制信號(hào)（例如頻移鍵控（fsk）調(diào)制信號(hào)）。根據(jù)高速通道可尋址遠(yuǎn)程換能器（hart）通信協(xié)議調(diào)制fsk信號(hào)。

在實(shí)際應(yīng)用中，大量現(xiàn)場(chǎng)裝置具有多種架構(gòu)。在歷史上，為了與此類大量完全不同的現(xiàn)場(chǎng)裝置對(duì)接，要求同樣大量的i/o模塊。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例中，本公開(kāi)提供了一種用于與現(xiàn)場(chǎng)裝置對(duì)接的可編程電路。該電路包含僅一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（adc），其配置成從現(xiàn)場(chǎng)裝置接收來(lái)自包含電流信號(hào)和電壓信號(hào)的組的一個(gè)信號(hào)。接收的一個(gè)信號(hào)具有疊加在其上的頻移鍵控音（fsk），adc配置成從接收的一個(gè)信號(hào)和fsk音中同時(shí)提取信息。還包含的是僅一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其配置成驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)到現(xiàn)場(chǎng)裝置，輸出信號(hào)（i）包含來(lái)自包含電流信號(hào)和電壓信號(hào)的組的一個(gè)信號(hào)，以及（ii）與fsk調(diào)制信號(hào)求和。

以下參考附圖詳細(xì)描述各種實(shí)施例的附加特征、優(yōu)點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)和操作。注意到，本公開(kāi)不限于本文所描述的特定實(shí)施例。僅為了說(shuō)明性目的而呈現(xiàn)實(shí)施例。基于本公開(kāi)的教導(dǎo)，附加實(shí)施例對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。

附圖說(shuō)明

說(shuō)明性實(shí)施例可以具體化（takeformin）各種組件以及組件的布置。附圖中示出了說(shuō)明性實(shí)施例，整個(gè)附圖中，相似的參考數(shù)字可以指示各種圖中的對(duì)應(yīng)或類似的部分。附圖僅用于圖示實(shí)施例的目的，并且將不被解釋為限制本公開(kāi)。因此，給定附圖的以下使能描述，本公開(kāi)的新穎方面對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該變得明顯。

圖1是根據(jù)說(shuō)明性實(shí)施例的接口裝置的一部分的簡(jiǎn)圖。

圖2是根據(jù)說(shuō)明性實(shí)施例的接口裝置的另一部分的簡(jiǎn)圖。

圖3圖示根據(jù)說(shuō)明性實(shí)施例的配置成與一種類型的現(xiàn)場(chǎng)裝置對(duì)接的接口裝置。

圖4圖示根據(jù)說(shuō)明性實(shí)施例的配置成與另一類型的現(xiàn)場(chǎng)裝置對(duì)接的接口裝置。

圖5圖示根據(jù)說(shuō)明性實(shí)施例的分布式控制系統(tǒng)。

圖6圖示根據(jù)說(shuō)明性實(shí)施例的用于在現(xiàn)場(chǎng)裝置和主機(jī)裝置之間提供接口的方法。

具體實(shí)施方式

盡管本文針對(duì)具體應(yīng)用描述了說(shuō)明性實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，本公開(kāi)不限于此?？梢缘玫奖疚奶峁┑慕虒?dǎo)的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其范圍內(nèi)的附加修改、應(yīng)用和實(shí)施例以及其中本公開(kāi)可能具有顯著效用的附加領(lǐng)域。

在一些應(yīng)用中，dcs機(jī)柜可以包含用于與多種現(xiàn)場(chǎng)裝置對(duì)接的多種i/o采集模塊。在歷史上，每個(gè)模塊為了唯一的目的而優(yōu)化：模塊用于輸出模式，或它們用于輸入模式。并且每個(gè)模塊是模擬或數(shù)字的。

本文公開(kāi)的實(shí)施例允許在沒(méi)有手動(dòng)開(kāi)關(guān)或跳線（jumper）的情況下單個(gè)模塊與所有常見(jiàn)的i/o類型對(duì)接。根據(jù)本公開(kāi)的示范實(shí)施例，可以通過(guò)兩個(gè)或更多接口裝置構(gòu)建dcs。在此種dcs中，布線可以直接端接在dcs機(jī)柜中，而不是首先將線路由到分散集中編組（marshaling）機(jī)柜，如在相關(guān)技術(shù)中通常所做的。根據(jù)本公開(kāi)的通用i/o平臺(tái)允許混合i/o類型直接連接到dcs端子。能夠編程i/o平臺(tái)以匹配陸地上的現(xiàn)場(chǎng)布線。能夠在任何時(shí)候更改i/o類型以匹配要求。

實(shí)施例為諸如hart調(diào)制解調(diào)器或?qū)Ｓ眠\(yùn)算放大器的關(guān)鍵部分提供了較低組件報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。此外，實(shí)施例在功能上為i/o提供了減少數(shù)量的部件。因此，在工業(yè)dcs應(yīng)用的庫(kù)存中可能需要更少的部件，從而最小化未使用的i/o模塊并且由此引起增加的節(jié)省。

此外，實(shí)施例提供了相關(guān)領(lǐng)域中空前的診斷功能性，因?yàn)橛糜谳斎肽Ｊ降南嗤布脕?lái)驗(yàn)證輸出模式。實(shí)施例還促進(jìn)推遲所需的i/o接口類型的決定，因?yàn)轭A(yù)期的i/o模式能夠簡(jiǎn)單地使用相同的硬件來(lái)編程。

此外，在實(shí)際應(yīng)用中，典型的i/o系統(tǒng)可以連接到數(shù)千個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置。在這些情形中，人員通常不會(huì)先驗(yàn)地知道包含大量在數(shù)千個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置中的每種類型的傳感器（或致動(dòng)器）的故障。為了規(guī)避此問(wèn)題，對(duì)于預(yù)計(jì)的每種類型的現(xiàn)場(chǎng)裝置包含額外的i/o模塊，每個(gè)i/o模塊僅專用于一種類型的傳感器。此方法創(chuàng)建了增加的部署成本以及測(cè)量方面的增加的復(fù)雜度。

本文所公開(kāi)的實(shí)施例通過(guò)包含對(duì)于任何類型的現(xiàn)場(chǎng)裝置可編程的通道來(lái)減少成本和i/o系統(tǒng)復(fù)雜度，所述任何類型的現(xiàn)場(chǎng)裝置具有路由到可編程通道的線。在本公開(kāi)的實(shí)施例中，不要求對(duì)于一種類型的模塊交換另一種類型的模塊。因此，消除了發(fā)起工程更改命令所要求的關(guān)聯(lián)人力成本，以及要求用于將線從一個(gè)端接點(diǎn)集合移動(dòng)到另一集合的要求。也就是說(shuō)，所公開(kāi)的通用i/o裝置的所有通道可重新編程以支持新的傳感器類型。

此外，目前公開(kāi)的實(shí)施例包含單個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器和單個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其簡(jiǎn)化了i/o編組（即，i/o通道的重新編程以支持特定現(xiàn)場(chǎng)裝置）。

在實(shí)施例中，提供可編程接口以容納不同類型的輸入和輸出裝置（i/o模式）。該接口與工業(yè)i/o和dcs應(yīng)用中常見(jiàn)的信號(hào)兼容。例如，支持的模式包含但不限于模擬電壓輸入、模擬電流輸入、離散觸件（電壓）輸入和離散電流輸入hart。

支持的模塊還包含電流輸出、電壓輸出、組合的電流輸出和電壓輸入（rtd和熱電偶測(cè)量）、繼電器輸出和24v數(shù)字輸入和輸出。此外，該接口提供電流隔離以將控制與現(xiàn)場(chǎng)布線隔離，并且從商業(yè)上可用集成電路或從專用電路（asic）可實(shí)現(xiàn)。因此，該接口能夠被認(rèn)為是通用i/o接口。

為了便于理解本文討論的說(shuō)明性實(shí)施例的操作和結(jié)構(gòu)，術(shù)語(yǔ)“輸入”和“輸入信號(hào)”用來(lái)表示從圖1的“現(xiàn)場(chǎng)側(cè)”流動(dòng)到“控制側(cè)”的信號(hào)。相反地，術(shù)語(yǔ)“輸出”和“輸出信號(hào)”用來(lái)表示從圖1的“控制側(cè)”流動(dòng)到“現(xiàn)場(chǎng)側(cè)”的信號(hào)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員中的一個(gè)將容易地理解，指配給這些術(shù)語(yǔ)的含義僅是按照慣例，并且在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，可以采納不同于本文所使用的慣例的慣例。此外，輸入和輸出信號(hào)可以包含一個(gè)或多個(gè)信號(hào)分量。

信號(hào)分量可以是例如4-20毫安電流信號(hào)、0-5伏單極信號(hào)、0-10伏單極信號(hào)、+/-5伏雙極或+/-10伏雙極電壓信號(hào)。這些信號(hào)分量可以是非調(diào)制信號(hào)。另一信號(hào)分量可以是調(diào)制信號(hào)，也就是fsk調(diào)制信號(hào)，例如hart信號(hào)。輸入信號(hào)可以起源于現(xiàn)場(chǎng)裝置，例如電阻溫度檢測(cè)器（rtd）和熱電偶。注意到，可以預(yù)期其它現(xiàn)場(chǎng)裝置。因此，一般來(lái)說(shuō)，在本公開(kāi)中，現(xiàn)場(chǎng)裝置可以是根據(jù)示范實(shí)施例的可以通信地耦合到現(xiàn)場(chǎng)電路的任何裝置。

圖1和圖2圖示根據(jù)說(shuō)明性實(shí)施例的接口裝置100的兩個(gè)部分（100a和100b）。圖1圖示第一部分100a。接口裝置100可以包含可編程邏輯裝置（pld）。虛線表示將現(xiàn)場(chǎng)的電路（即在圖1和圖2中的“現(xiàn)場(chǎng)側(cè)”上的）與控制器/處理器的電路（即在圖1的“控制側(cè)”上的）劃分，并且可能地與現(xiàn)場(chǎng)側(cè)上的電路的其它實(shí)例（未示出）劃分的隔離邊界33。第一部分100a可以是與邊界33的控制側(cè)上的控制器或裝置對(duì)接的控制電路。另一方面，第二部分100b可以是與邊界33的現(xiàn)場(chǎng)側(cè)上的現(xiàn)場(chǎng)裝置對(duì)接的現(xiàn)場(chǎng)電路。

邊界33可以或可以不提供電流隔離，這取決于由手頭應(yīng)用所規(guī)定的控制需要。在一些實(shí)施例中，邊界33可以是可編程的，以實(shí)現(xiàn)連接于此的裝置的隔離或非隔離通道。此外，邊界33可以包含使用變壓器（具有設(shè)置在隔離邊界33的每個(gè)側(cè)上的其繞組）實(shí)現(xiàn)的功率供應(yīng)30。

功率供應(yīng)30可以用來(lái)提供隔離的功率供應(yīng)到現(xiàn)場(chǎng)側(cè)上的電路，該功率從設(shè)置在控制側(cè)上的控制功率供應(yīng)29得到。此外，邊界33可以包含數(shù)字隔離器31和32，其功能是要提供用于傳輸來(lái)自邊界33的任一側(cè)的輸入和輸出串行數(shù)據(jù)的隔離通道。一般來(lái)說(shuō)，邊界33可以包含多個(gè)隔離屏障（barrier）。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中，起源于邊界33的任一側(cè)的串行數(shù)據(jù)可以被傳輸而不經(jīng)過(guò)數(shù)字隔離器31或32;例如，這可以通過(guò)可以被編程以旁路數(shù)字隔離器31和32的數(shù)字開(kāi)關(guān)來(lái)完成。

仍然參考圖1，元件20-28構(gòu)成pld的第一部分，第二部分是圖2中所示的可編程電路和元件。pld的第一部分包含數(shù)模轉(zhuǎn)換器20（dac）、帶通濾波器（bpf）21、低通濾波器（22）、復(fù)用器（mux）28、解復(fù)用器（demux）27、調(diào)制器23、解調(diào)器25和可以使用通用異步接收器傳送器（uart）電路（表示為txuart24）來(lái)實(shí)現(xiàn)的傳送器。此外，pld的第一部分可以包含使用uart電路（表示為rxuart25）實(shí)現(xiàn)的接收器。在一些實(shí)施例中，數(shù)據(jù)流41和42可以是hart信號(hào)，調(diào)制器23和解調(diào)器25可以配置成執(zhí)行其它類型的基于fsk的調(diào)制協(xié)議。此外，盡管調(diào)制器23和調(diào)制器25示出為離散塊，但是它們可以使用諸如調(diào)制解調(diào)器40的單個(gè)組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

pld的第一部分具有由元件20-28指示的主要功能。然而，pld的第一部分或pld整體可能具有在圖1中或圖2中未示出的附加功能性。此種附加功能性可以是例如用于解復(fù)用和復(fù)用數(shù)據(jù)的時(shí)鐘生成和配置設(shè)置。

配置pld可以涉及編程諸如開(kāi)關(guān)7或14（在圖2中的）或者可以在圖1和圖2的各種元件內(nèi)部的開(kāi)關(guān)的元件、調(diào)整可編程增益放大器（pga）（圖2中的元件16）的增益、選擇dac20（圖1）的操作模式以及選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器（adc）（圖2中的元件17）的操作模式。

現(xiàn)在參考圖2，其圖示接口裝置100的第二部分100b，現(xiàn)場(chǎng)裝置1a連接到端子4a和5a以與接口裝置100對(duì)接。除了端子4a和5a之外，第二部分100b還包含可選功率引腳2、功率返回引腳3、偏壓9和10、電流感測(cè)電阻器8、電壓調(diào)制器（vm）13、開(kāi)關(guān)7和14、電流吸收器（sink）6、復(fù)用器（mux）15的輸入15a，15b，15c以及15d、pga16、adc17、低通濾波器（lpf）18和求和結(jié)點(diǎn)19。adc17可以實(shí)現(xiàn)為σ-δ（σδ）adc，但是也可以預(yù)期本領(lǐng)域已知的其它架構(gòu)。這些其它架構(gòu)可以是例如閃存adc架構(gòu)等或雙斜率轉(zhuǎn)換器架構(gòu)等。

圖3和圖4分別圖示接口裝置100和200，其配置成與表示為“現(xiàn)場(chǎng)裝置1b”（圖3）的三線電阻器溫度檢測(cè)器（rtd）和與表示為“現(xiàn)場(chǎng)裝置1c”（圖4）的四線rtd對(duì)接。接口裝置200盡管沒(méi)有全部示出，但是其為接口裝置100的實(shí)例。第一電路的實(shí)例在本文中可以被定義為具有與第一電路基本類似的架構(gòu)的另一個(gè)電路。第一電路的實(shí)例可以包含提供第一電路的所有功能性所必需的至少相同的硬件或等效硬件。相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員中的一個(gè)將容易地理解，第一電路本身和第一電路的實(shí)例可以或可以不以不同方式實(shí)現(xiàn)或編程，這取決于手頭的應(yīng)用。

因此，圖3圖示第一部分100a的實(shí)例和第二部分100b的實(shí)例。也就是說(shuō)，在架構(gòu)上與第一部分100a類似的第一部分200a和在架構(gòu)上與部分100b類似的部分200b，其中示出端子4b和5b。現(xiàn)在參考圖4，現(xiàn)場(chǎng)裝置1c連接到端子4a、5a、4b和5b，有效地將現(xiàn)場(chǎng)裝置1c與接口裝置100和200對(duì)接。

在圖2和圖3中，現(xiàn)場(chǎng)裝置連接可以在端子2、3、4a、5a、4b和5b處進(jìn)行。在圖2中，端子4a和5a是可以使用兩線信令的大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)裝置類型的主要連接點(diǎn)。在圖3中，端子5b是使用三線信令的現(xiàn)場(chǎng)裝置的輔助連接點(diǎn)。此種裝置可以是例如三線rtd，并且它可以在接口裝置100和接口裝置200之間共享。在圖4中，端子4b和5b是四線信令現(xiàn)場(chǎng)裝置（例如四線信令rtd）的輔助連接點(diǎn)。端子4a和5a是根據(jù)示范實(shí)施例的連接到具有接口裝置的許多類型的現(xiàn)場(chǎng)裝置所要求的端子的最小集合。端子2和3可以配置成使用功率供應(yīng)29和30從現(xiàn)場(chǎng)側(cè)而不是從控制側(cè)向接口裝置100供應(yīng)功率。

諸如瞬態(tài)抑制器、電阻器和電容器、電感器和鐵氧體的信號(hào)調(diào)理組件可以插入在接口裝置100的輸入/輸出電路與現(xiàn)場(chǎng)端子之間。本領(lǐng)域技術(shù)人員中的一個(gè)將容易地認(rèn)識(shí)到此類調(diào)理組件可以或可以不包含在接口裝置或其實(shí)例中，這取決于由手頭應(yīng)用所規(guī)定的約束。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1和圖2，提供了通過(guò)接口裝置100的輸出信號(hào)的流動(dòng)的描述。功率供應(yīng)30提供大量功率以生成對(duì)于包含在第一部分100a和第二部分100b中的電路元件的所有必需的供應(yīng)。在一些實(shí)施例中，可以利用功率供應(yīng)30從控制側(cè)提供大量功率以生成供應(yīng)。生成的供應(yīng)可包含雙極模擬軌（例如+15v，-15v）、低電壓模擬供應(yīng)（例如5v）和根據(jù)需要的數(shù)字供應(yīng)（例如3.3v、2.5v、1.2v、1v）。

數(shù)字隔離器31可以重復(fù)數(shù)據(jù)位到現(xiàn)場(chǎng)側(cè)demux27。隔離器31可以是光耦合器、電感耦合器、電容耦合器和rf耦合器中的一個(gè)。由隔離器31設(shè)置的通道的帶寬可以是至少10m位/秒。

demux27可以配置成將一個(gè)時(shí)間復(fù)用數(shù)字通道分離成包含數(shù)據(jù)流41的數(shù)據(jù)和數(shù)字輸出值數(shù)據(jù)流，使得可以使用僅一個(gè)隔離器通道（隔離器31）。數(shù)據(jù)流41經(jīng)由txuart24路由到調(diào)制器23。在一些實(shí)施例中，調(diào)制器23可以配置成使用fsk協(xié)議或hart協(xié)議來(lái)調(diào)制傳入信號(hào)。

元件20-28的實(shí)現(xiàn)可以跨一個(gè)或多個(gè)pld裝置擴(kuò)展。在一些實(shí)施例中，這些元件和第一部分100a全部可以部分地位于隔離器（或非隔離通道）31和32的控制側(cè)內(nèi)以及部分位于邊界33的現(xiàn)場(chǎng)側(cè)內(nèi)。這些設(shè)計(jì)選擇可以基于在控制側(cè)可能已經(jīng)存在的pld資源以及基于其它因素（例如現(xiàn)場(chǎng)側(cè)內(nèi)的通用i/o點(diǎn)的數(shù)量以及i/o點(diǎn)是否要求點(diǎn)對(duì)點(diǎn)隔離或組隔離）而進(jìn)行。

在一些實(shí)施例中，調(diào)制解調(diào)器40可以是商業(yè)上可用調(diào)制解調(diào)器。然而，在其它實(shí)施例中，調(diào)制解調(diào)器40可以在pld中實(shí)現(xiàn)。在pld中實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)器而不是使用商業(yè)上可用模塊的優(yōu)點(diǎn)在于pld已經(jīng)在接口裝置中存在，從而允許利用減少數(shù)量的組件的實(shí)現(xiàn)。

txuart24傳送器可以使用pld或asic來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳送器txuart24可以位于邊界33的任一側(cè)上。txuart24的目的是要以一個(gè)速率從控制器接收數(shù)據(jù)，并將其一次一位分配給調(diào)制器23，調(diào)制器23可配置成將二進(jìn)制0或1轉(zhuǎn)換到fsk編碼信號(hào)。調(diào)制器23將fsk信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖流，其被路由到第二部分100b并且使用位于其中的低通濾波器18進(jìn)行濾波（參見(jiàn)圖2）

數(shù)模轉(zhuǎn)換器（dac）20從demux27接收二進(jìn)制數(shù)據(jù)字，并將其線性轉(zhuǎn)換為電壓，并緩沖電壓。緩沖的電壓可以直接驅(qū)出或轉(zhuǎn)換到電流輸出并饋送到第二部分100b?？梢栽诮鈴?fù)用之前使用復(fù)用數(shù)據(jù)中包含的控制字來(lái)進(jìn)行電壓或電流輸出的選擇?？梢酝ㄟ^(guò)編程從控制側(cè)發(fā)出信號(hào)的控制器來(lái)變更控制字。

在圖2中，盡管低通濾波器18示出為無(wú)源組件集合，但是它可以通過(guò)有源組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且其傳輸特性可以被數(shù)字地編程。低通濾波器18去除在調(diào)制期間由調(diào)制器23引入的中頻（if）。然而，在低通濾波器18的輸出處，fsk音被保留。

可以使用求和結(jié)點(diǎn)19將先前描述的fsk音疊加到由dac20生成的電壓上。在一些實(shí)施例中，可以使用求和運(yùn)算放大器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)求和結(jié)點(diǎn)19。

電壓至電流源11a將求和的電壓線性地轉(zhuǎn)化成電流。例如，可以由線性傳遞（pass）晶體管提供轉(zhuǎn)化。在備選實(shí)施例中，可以使用降壓或升壓調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)從電壓到電流的轉(zhuǎn)化。

盡管元件11a、19和20在圖1和圖2中示出為分立塊，但是它們可以集成到單個(gè)ic中。例如，可以發(fā)現(xiàn)這些元件被預(yù)封裝成當(dāng)前可用的商業(yè)dac。

當(dāng)接口裝置100被編程用于輸出模式時(shí)，由dac20輸出的電流或電壓在電流感測(cè)電阻器8處和端子4a處存在，其中電流返回或電壓參考在端子5a處。因此，此電流（在電流感測(cè)電阻器8處的電流）是輸出信號(hào)，并且其經(jīng)由與現(xiàn)場(chǎng)裝置1a連接的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)路傳送到現(xiàn)場(chǎng)裝置1a。對(duì)于輸出模式編程，閉合開(kāi)關(guān)14以提供輸出信號(hào)的返回電流路徑。

當(dāng)接口裝置100被編程用于輸入模式時(shí)，dac20的電流和電壓輸出可以與第二部分100b隔離，以防止任何輸入信號(hào)的電流泄漏惡化(corruption)?？梢允褂迷O(shè)置在第一部分100a和第二部分100b之間的開(kāi)關(guān)（圖1和圖2中未示出）來(lái)提供隔離。在一些實(shí)施例中，可以使用分立組件來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)。在其它實(shí)施例中，它們可以包含在包含dac20的ic中。

在斷開(kāi)、損壞或丟失現(xiàn)場(chǎng)布線連接的情況下，圖2中的明線（openwire）偏壓供應(yīng)9、1確保條件的檢測(cè)，并提供dc路徑到接地，由此提供高輸入阻抗到pga16。

在圖2中，現(xiàn)場(chǎng)裝置1a可以將電流引導(dǎo)到端子4a、電流感測(cè)電阻器8和電壓調(diào)制器（vm）13（下面描述的）中;電流通過(guò)端子5a返回到現(xiàn)場(chǎng)裝置1a。除了標(biāo)準(zhǔn)的4-20ma電流之外，電流信號(hào)可還包含符合hart協(xié)議的fsk電流信號(hào)，，其為過(guò)程電流。過(guò)程信號(hào)電流分量和fsk分量保留在第二部分100b的整個(gè)隨后元件中?？梢蕴崛蓚€(gè)電流分量的譜，并且可以將兩個(gè)電流分量進(jìn)一步調(diào)理并傳送到控制側(cè)，如稍后所描述的。

在圖2中，當(dāng)接口裝置100被編程用于4-20ma電流輸入模式時(shí)，vm13可用來(lái)為輸入電流信號(hào)提供加載阻抗。vm13的阻抗將來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)裝置1a的電流轉(zhuǎn)換為可測(cè)量電壓信號(hào)。同時(shí)，vm13可以從低通濾波器18接收參考信號(hào)，并且vm13可以施加增益或衰減、緩沖，并且最終將緩沖的電壓跨其自己的兩個(gè)信號(hào)端口疊加。緩沖的電壓信號(hào)在mux15的輸入15a-15d上存在。緩沖的電壓信號(hào)也可以跨端子4a和5a傳遞（impress），使得它也可以由現(xiàn)場(chǎng)裝置1a感測(cè)。

輸入電流信號(hào)跨電流感測(cè)電阻器8產(chǎn)生電壓。此“感測(cè)的”電壓因此在mux15的輸入15a-15d處存在。因此，過(guò)程電流信號(hào)和fsk信號(hào)在mux15的輸入端子處存在。此外，mux15可以配置成使用輸入端子15a、15b、15c和15d來(lái)選擇雙向電流測(cè)量，或者其可以配置成選擇雙極電壓信號(hào)。在任一情況下，它將預(yù)期的信號(hào)引導(dǎo)到pga16。

本公開(kāi)的實(shí)施例可以允許在電流或電壓測(cè)量之間進(jìn)行選擇或者對(duì)兩個(gè)測(cè)量進(jìn)行時(shí)間復(fù)用的可編程i/o模式。因此，可以連續(xù)地觀察到一種類型的信號(hào)（電流或電壓），或者可以在交替的時(shí)間段中觀察到兩個(gè)信號(hào)。

pga16衰減或放大接收的輸入信號(hào)。pga16可以配置成去除信號(hào)的共模，并且能夠在將其輸出到adc17之前緩沖處理的輸入信號(hào)。pga16具有足夠的帶寬以保留輸入信號(hào)的完整性。具體來(lái)說(shuō)，pga16的帶寬能夠從dc直到包含在輸入信號(hào)中的fsk信號(hào)的帶寬而變動(dòng)，其中fsk信號(hào)的帶寬由hart協(xié)議指定。

pga16輸出驅(qū)動(dòng)具有連續(xù)采樣前端的adc17的輸入，adc17可以是∑△類型adc。如前面提到的，本公開(kāi)不限于∑△架構(gòu)。adc17可以提供單個(gè)位輸出或預(yù)濾波輸出。在后一情況下，adc17濾波器的輸出速率必須比感興趣的fsk信號(hào)的帶寬高得多（10倍）。

adc17（圖3）的數(shù)字輸出被引導(dǎo)到數(shù)字bpf21和lpf22（圖1）。lpf22輸出的輸出由解調(diào)器25進(jìn)一步處理，解調(diào)器25的輸出被饋送到表示為rxuart26（參見(jiàn)圖1中的調(diào)制解調(diào)器40）的uart接收器。rxuart26接收器與txuart24傳送器類似地起作用。濾波的路徑由mux28組合以產(chǎn)生引導(dǎo)到數(shù)字隔離器32的串行數(shù)據(jù)?？傊琤pf21、lpf22、解調(diào)器25和rxuart26形成處理電路，其配置成將在ad17的輸出處的轉(zhuǎn)換的信號(hào)分開(kāi)在兩個(gè)信號(hào)路徑中，也就是數(shù)據(jù)流42和數(shù)字輸入值，其都被輸入到mux28。

數(shù)字隔離器32是通過(guò)將來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)側(cè)的二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)傳送到控制側(cè)來(lái)補(bǔ)充數(shù)字隔離器31的單個(gè)通道。換句話說(shuō)，隔離器32接收來(lái)自mux28的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)位重復(fù)到控制側(cè)。隔離器32可以是光耦合器、電感耦合器、電容耦合器和rf耦合器中的一個(gè)。通道的帶寬在10m位/秒數(shù)量級(jí)或更大。

如從先前的討論能夠看出的，當(dāng)可編程i/o電路處于輸出模式中時(shí)，除了提供輸入信號(hào)測(cè)量和處理功能性之外，輸入路徑（即現(xiàn)場(chǎng)側(cè)電路）還可用來(lái)測(cè)量輸出信號(hào)。

到此已經(jīng)一般地描述了圖1和圖2來(lái)圖示接口裝置100的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)處理和測(cè)量功能性，現(xiàn)在將討論圖1、2、3和4，以圖示可如何以各種i/o模式編程根據(jù)本公開(kāi)的接口裝置以支持不同類型的現(xiàn)場(chǎng)裝置。也就是說(shuō)，在各種實(shí)施例中，接口裝置100和200可以配置成支持以各種以及截然不同的操作模式操作的現(xiàn)場(chǎng)裝置。

在一個(gè)實(shí)施例中，例如，示范接口裝置可以配置成支持以4-20ma輸入模式操作的現(xiàn)場(chǎng)裝置?，F(xiàn)場(chǎng)裝置1a可以配置成將4-20ma輸入信號(hào)電流傳送到控制側(cè)。此外，現(xiàn)場(chǎng)裝置1a還可以配置成接收和/或傳送fsk調(diào)制信號(hào)。如配置的，現(xiàn)場(chǎng)裝置1a可以與接口裝置100一起使用（參見(jiàn)圖1和圖2）。

在一個(gè)實(shí)施例中，在現(xiàn)場(chǎng)裝置1a的功率供應(yīng)在接口裝置100外部的情況下，電流通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)裝置1a引入（source）到端子4a中，從而創(chuàng)建正電流流動(dòng)。電流遵循由元件8、13和端子5a（圖2）定義的路徑。在備選實(shí)施例中，在功率供應(yīng)由端子2和3提供的情況下，電流遵循由元件8、13和14定義的路徑。

在任一情況下，如果現(xiàn)場(chǎng)裝置1a是hart使能并且正在傳送，則現(xiàn)場(chǎng)裝置1a可以傳送在頻率方面從dc（基本為0赫茲）到幾赫茲變動(dòng)的輸入電流，輸入電流具有疊加在其上的fsk電流調(diào)制。在由hart協(xié)議定義的時(shí)候，現(xiàn)場(chǎng)裝置1afsk調(diào)制端子電壓來(lái)傳送信號(hào)。第二部分100b配置成保留并提取dc過(guò)程信號(hào)和fsk信號(hào)，并且隨后，第二部分100b可以將兩個(gè)信號(hào)分量傳送到在控制側(cè)上的控制器。

在又一實(shí)施例中，示范接口裝置可以配置成支持以4-20ma輸出模式操作的現(xiàn)場(chǎng)裝置?，F(xiàn)場(chǎng)裝置1a可以配置成從控制側(cè)接收4-20ma的輸出信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)裝置1a還可以配置成傳送fsk調(diào)制信號(hào)。如配置的，現(xiàn)場(chǎng)裝置1a可以與接口裝置100一起使用。

在此實(shí)施例中，dac20可以使用來(lái)自端子2和3的現(xiàn)場(chǎng)功率或隔離功率供應(yīng)30來(lái)調(diào)節(jié)到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)路中的電流并將其引入到現(xiàn)場(chǎng)裝置1a。第一部分100a可以用來(lái)控制電流信號(hào)，并且第二部分100b可以用來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)路中形成4-20ma電流。

起源于控制側(cè)的串行輸出可以具有兩個(gè)分量。第一分量可以是到達(dá)dac20并被轉(zhuǎn)換成到求和結(jié)點(diǎn)19中的緩沖的電壓參考的數(shù)字輸出值。一般來(lái)說(shuō)，求和結(jié)點(diǎn)19是求和電路，其配置成將dac的輸出信號(hào)與第二信號(hào)分量疊加。第二分量可以是到達(dá)txuart24并且每次將一個(gè)二進(jìn)制值0或1分配給調(diào)制器23的fsk/hart數(shù)據(jù)。

調(diào)制器23首先將二進(jìn)制值首先轉(zhuǎn)化為連續(xù)相位fsk信號(hào)，并且隨后將其轉(zhuǎn)化為調(diào)制位流。lpf18去除由調(diào)制器23引入的時(shí)鐘調(diào)制，從而使預(yù)期的模擬電壓信號(hào)留到求和結(jié)點(diǎn)19中。將兩個(gè)分量求和，并且得到的信號(hào)控制電流源11a。因此，電流源11a是有源的，并且輸出信號(hào)電流流動(dòng)到包含元件11a、7、8、4a、1、5a和14的環(huán)路。

在一些實(shí)施例中，示范接口裝置可以配置成支持以熱電偶輸入模式操作的現(xiàn)場(chǎng)裝置?，F(xiàn)場(chǎng)裝置1a可以是提供輸入信號(hào)到接口裝置100的熱電偶裝置。在那個(gè)情況下，現(xiàn)場(chǎng)裝置1a是通過(guò)seebeck效應(yīng)產(chǎn)生雙極電壓電位的雙線熱電偶。雙極電壓可由接口裝置100感測(cè)和線性化，以確定熱電偶結(jié)點(diǎn)溫度。

在此模式中，dac20、元件11a和19被禁用。vm13也被禁用并處于高阻抗模式中。dac20可以被隔離以最小化泄漏電流。來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)裝置1a的雙極電壓從端子4a和5a傳送，并克服高阻抗偏壓供應(yīng)9和10。因此，雙極電壓出現(xiàn)在mux15的輸入15b和15d處。

可以將pga16的增益設(shè)置成預(yù)定電平（取決于連接到接口裝置100的熱電偶的類型）。此熱電偶類型可以經(jīng)由起源于在控制側(cè)上的控制器的信號(hào)作為配置設(shè)置來(lái)提供。pga16的輸出被饋送到adc17，在所述點(diǎn)處，接口裝置100以與上面討論的相同的方式操作。

一個(gè)或多個(gè)示范接口裝置可以配置成支持以rtd3線模式操作的現(xiàn)場(chǎng)裝置?，F(xiàn)場(chǎng)裝置可以是三線rtd。在這些實(shí)施例中，可以使用多于一個(gè)接口裝置。如圖3中所示的，接口裝置100和200容納連接到端子4a、5a和5b的三線rtd裝置（現(xiàn)場(chǎng)裝置1b）。盡管接口裝置200未全部示出，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員中的一個(gè)將容易地認(rèn)識(shí)到接口裝置200是接口裝置100的實(shí)例，即兩個(gè)接口裝置具有基本上相同的架構(gòu)。

現(xiàn)場(chǎng)裝置1b可以配置成向接口裝置100和200傳送兩個(gè)相等的激勵(lì)電流（每個(gè)在0.1ma至1ma數(shù)量級(jí)）以跨現(xiàn)場(chǎng)裝置1b的端子產(chǎn)生單極電壓?，F(xiàn)場(chǎng)裝置1b感測(cè)產(chǎn)生的電壓以補(bǔ)償線電阻來(lái)消除測(cè)量誤差。因此，rtd三線模式是輸出模式和輸入模式兩者。

dac20使用來(lái)自端子2和3的現(xiàn)場(chǎng)功率或隔離功率供應(yīng)30來(lái)調(diào)節(jié)到現(xiàn)場(chǎng)裝置1b中的電流。對(duì)于三線模式，接口裝置100和200協(xié)同地起作用以控制電流信號(hào)、形成電流信號(hào)并感測(cè)rtd電壓。

可以以兩種可能的方式創(chuàng)建第一電流信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，電流值可以由控制側(cè)上的控制器來(lái)控制。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一電流可以是由像電流源11a的恒定電流源創(chuàng)建的固定值。

當(dāng)?shù)谝浑娏髌鹪从诳刂苽?cè)時(shí)，控制器的串行輸出可以包含到達(dá)dac20（在接口裝置100中的）的數(shù)字輸出值。數(shù)字輸出值轉(zhuǎn)換成到求和結(jié)點(diǎn)19中的緩沖的電壓參考，其中求和結(jié)點(diǎn)19的第二分量輸入為空。將兩個(gè)分量求和，并且得到的信號(hào)控制電流源11a。備選地，第二部分200b中的固定電流源變得使能，并創(chuàng)建預(yù)期的恒定電流。

在任一實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)裝置1b的電流源被調(diào)節(jié)以匹配源11a及位于接口裝置200中的其對(duì)應(yīng)物的電流。調(diào)節(jié)器可以是電流鏡或電流分路器（圖3中未示出）。

第一電流流過(guò)包含元件11a、7（或接口裝置200的電流源）和元件8、4a、1、5b和14b的環(huán)路。第二電流（即來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)裝置1b的電流）流過(guò)包含接口裝置200的電流源、節(jié)點(diǎn)5a、5a/5b分支、節(jié)點(diǎn)5b和開(kāi)關(guān)14b的環(huán)路。盡管圖3描繪了兩個(gè)接口裝置，端子5b也可以是專用于接口裝置100的端子。

也就是說(shuō)，端子5b通過(guò)接口裝置200的開(kāi)關(guān)14b連接到電路公共端（circuitcommon），或者它可以直接連接到電路公共端。在任一情況下，第一電流流過(guò)端子4a，并且第二電流流過(guò)端子5a。電流在現(xiàn)場(chǎng)裝置1b（線5a和5b的結(jié)點(diǎn)）處組合，并且電流總和經(jīng)由端子5b返回（或使用開(kāi)關(guān)14b將其分流到電路公共端，或者簡(jiǎn)單地經(jīng)由接口裝置200到端子5b）。

從現(xiàn)場(chǎng)裝置1b傳送到端子4a和5a的電壓等于跨現(xiàn)場(chǎng)裝置1b的電壓，因?yàn)槠ヅ涞牡谝缓偷诙娏髁鬟^(guò)相等長(zhǎng)度的第一和第二線。因此，由現(xiàn)場(chǎng)線電阻引起的電壓的誤差分量消去。從現(xiàn)場(chǎng)裝置1b傳送到端子4a和5a的電壓克服高阻抗偏壓供應(yīng)9和10。裝置電壓出現(xiàn)在mux15的輸入15a和15d處。適當(dāng)?shù)卦O(shè)置pga16的增益用于取決于連接的rtd類型的信號(hào)電平。如前面一樣，rtd類型可以是由控制器/處理器提供的配置設(shè)置。pga16的輸出被饋送到adc17，在所述點(diǎn)處，接口裝置100以與上面討論的相同的方式操作。

在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)示范接口裝置可以配置成支持以rtd四線模式操作的現(xiàn)場(chǎng)裝置?，F(xiàn)場(chǎng)裝置可以是具有kelvin連接的四線rtd。在這些實(shí)施例中，可以使用多于一個(gè)接口裝置。

如圖4中所示的，接口裝置100和200容納連接到端子4a、5a、4b和5b的四線rtd裝置（現(xiàn)場(chǎng)裝置1c）。盡管接口裝置200未全部示出，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員中的一個(gè)將容易地認(rèn)識(shí)到接口裝置200是接口裝置100的實(shí)例，即兩個(gè)接口裝置具有基本上相同的架構(gòu)。

在這些實(shí)施例中，接口裝置100將激勵(lì)電流（在0.1ma至1ma數(shù)量級(jí)）傳送到現(xiàn)場(chǎng)裝置1c，以跨裝置產(chǎn)生單極電壓。接口裝置200感測(cè)跨現(xiàn)場(chǎng)裝置1c的電壓，消除由于kelvin連接的對(duì)線補(bǔ)償?shù)男枰Ｒ虼?，rtd四線模式是輸出和輸入模式。

dac20使用來(lái)自端子2和3的現(xiàn)場(chǎng)功率或來(lái)自功率供應(yīng)30的隔離功率來(lái)調(diào)節(jié)到現(xiàn)場(chǎng)裝置1c的電流輸出信號(hào)。接口裝置100和200形成并控制電流信號(hào)，將其引入到現(xiàn)場(chǎng)裝置1c，并感測(cè)rtd電壓。

可以以兩種可能的方式創(chuàng)建第一電流信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，電流值可以由控制側(cè)上的控制器來(lái)控制。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一電流可以是由恒定電流（例如電流源11a）創(chuàng)建的固定值。

當(dāng)?shù)谝浑娏髌鹪从诳刂苽?cè)時(shí)，控制器的串行輸出可以包含到達(dá)dac20（在接口裝置100中的）并被轉(zhuǎn)換為到求和結(jié)點(diǎn)19中的緩沖的電壓參考的數(shù)字輸出值，求和結(jié)點(diǎn)19的第二分量輸入為空。將兩個(gè)分量求和，并且得到的信號(hào)控制電流源11a。備選地，第二部分200b中的固定電流源變得使能，創(chuàng)建預(yù)期的恒定電流。

在任一實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)裝置1b的電流源被調(diào)節(jié)以匹配源11a的電流。調(diào)節(jié)器可以是電流鏡或電流分路器（圖4中未示出）。

當(dāng)電流源11a或接口裝置200的電流源是有源的時(shí)，電流流過(guò)包含元件11a、7（或接口裝置200的電流源）以及元件8、4a、1、5a和14的環(huán)路。盡管圖4描繪了使用的兩個(gè)接口裝置，在一些實(shí)施例中，端子4b和5b可以是專用于接口裝置100的端子。在任一情況下，第一電流流過(guò)4a和5a的現(xiàn)場(chǎng)線，并且沒(méi)有電流流過(guò)4b和5b的現(xiàn)場(chǎng)線。

由于kelvin連接，從現(xiàn)場(chǎng)裝置1c傳送到端子4b和5b的單極電壓等于跨裝置的電壓。從現(xiàn)場(chǎng)裝置1c傳送到端子4a和5a的電壓克服高阻抗偏壓供應(yīng)9和10。裝置電壓出現(xiàn)在mux15的輸入15a和15d處。適當(dāng)?shù)卦O(shè)置pga16的增益用于取決于連接的rtd類型的信號(hào)電平。rtd類型是由控制器/處理器提供的配置設(shè)置。pga16的輸出被提供到adc17，在所述點(diǎn)處，接口裝置100以與上面相對(duì)于處理輸入信號(hào)所討論的相同的方式操作。

在一些實(shí)施例中，接口裝置可以配置成支持以電壓輸入模式操作的現(xiàn)場(chǎng)裝置?，F(xiàn)場(chǎng)裝置可以簡(jiǎn)單地提供電壓輸入信號(hào)。輸入信號(hào)可以是單極或雙極電壓，并且可以從端子4a和5a（考慮圖1和圖2）傳送以克服高阻抗偏壓供應(yīng)9和10。因此，電壓出現(xiàn)在mux15的輸入15a和15d處。適當(dāng)?shù)卦O(shè)置pga16的增益用于響應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)裝置的電壓輸出范圍的信號(hào)電平。電壓輸出范圍是可由控制器/處理器提供的設(shè)置。pga16的輸出被提供到adc17，在所述點(diǎn)處，接口裝置100以如上面描述的方式操作。

在一些實(shí)施例中，接口裝置可以配置成支持以電壓輸出模式操作的現(xiàn)場(chǎng)裝置?，F(xiàn)場(chǎng)裝置可以配置成接收單極電壓信號(hào)或單極雙極電壓信號(hào)。如配置的，根據(jù)本公開(kāi)的接口裝置可以用來(lái)將預(yù)期的電壓信號(hào)輸出到現(xiàn)場(chǎng)裝置。

在此種實(shí)施例中，再次考慮圖1和圖2，dac20可以使用隔離功率30將電壓信號(hào)傳送到現(xiàn)場(chǎng)裝置1a。第一部分100a和第二部分100b可以協(xié)同地起作用以完成此任務(wù)。

在第一部分100a中，dac20將控制器/處理器的串行輸出轉(zhuǎn)換成由開(kāi)關(guān)12d中繼的緩沖的電壓。另一方面，在第二部分100b中，開(kāi)關(guān)12d和14被閉合。緩沖的電壓跨端子4a和5a傳遞。假設(shè)現(xiàn)場(chǎng)裝置1a正確連接，感測(cè)命令電壓所需的感測(cè)電流將從端子4a流過(guò)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)路并返回到端子5a。

在一個(gè)實(shí)施例中，接口裝置可以配置成支持以離散電平輸入操作模式操作的現(xiàn)場(chǎng)裝置。與接口裝置100對(duì)接的現(xiàn)場(chǎng)裝置可以是能夠施加24v或0v離散電平到接口裝置100的24v濕觸件。當(dāng)觸件被閉合時(shí)，24v輸入信號(hào)出現(xiàn)在圖1中的端子4a處。在此模式中，電流吸收器6由來(lái)自dac20的電壓控制，以吸收具有在1ma至10ma范圍中的幅度的電流。

電流在端子5a處退出并返回到使觸件變濕的現(xiàn)場(chǎng)供應(yīng)?？珉娏魑掌?產(chǎn)生取決于被吸收的電流的電壓。當(dāng)此電壓出現(xiàn)在mux15的輸入15c和15d處時(shí)，其被感測(cè)到。適當(dāng)?shù)卦O(shè)置pga16的增益用于來(lái)自吸收器的信號(hào)電平。pga16的輸出饋送到adc17，在所述點(diǎn)處，接口裝置100以如上面討論的方式操作。

在又一實(shí)施例中，可以提供離散電平輸出模式?，F(xiàn)場(chǎng)裝置可以從圖1中的接口裝置100接收24v或0v離散電平。為了方便起見(jiàn)，這些電平下面將被稱為“導(dǎo)通”或“關(guān)斷”，“導(dǎo)通”狀態(tài)對(duì)應(yīng)于24v電平并且“關(guān)斷”對(duì)應(yīng)于0v電平。

在此實(shí)施例中，dac20可以使用現(xiàn)場(chǎng)功率（來(lái)自端子2和3）或隔離功率（來(lái)自功率供應(yīng)30）。第一部分100a和第二部分100b可以協(xié)同地起作用以將導(dǎo)通或關(guān)斷信號(hào)輸出到現(xiàn)場(chǎng)裝置1a。

控制器/處理器的串行輸出包含設(shè)置為對(duì)應(yīng)于導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)的最大參考或零參考的數(shù)字輸出值，其到達(dá)dac20并轉(zhuǎn)換為到求和結(jié)點(diǎn)19中的緩沖的電壓參考。到求和結(jié)點(diǎn)19中的第二輸入為空。該參考（當(dāng)被設(shè)置為最大值時(shí)）將使電流源11a增加其輸出電壓，直到到達(dá)最大電流或達(dá)到dac20的順從（compliance）電壓極限。

因此，在導(dǎo)通狀態(tài)下，存在電流受限和電壓受限的輸出信號(hào)。參考在設(shè)置成最小值（零）時(shí)，將使電流源11a將其電壓和電流輸出降低到零。因此，在關(guān)斷狀態(tài)中，輸出信號(hào)在0v處。這些離散狀態(tài)實(shí)際上是dac20的兩個(gè)順從軌，其可以是24v以及電路公共端（0v）。注意到，本公開(kāi)不限于這些順從軌值;取決于所采用的dac設(shè)計(jì)，也可以使用順從軌的其它值。

在通過(guò)dac20的處理后，電流源11a是有源的。這創(chuàng)建了流過(guò)包含元件11a、12a、7、8、4a、1、5a和14的環(huán)路的電流。

已經(jīng)闡述了接口裝置100（和200）的各種操作模式，下面相對(duì)于圖5討論dcs500（其中使用多個(gè)接口裝置）。在此說(shuō)明性實(shí)施例中，接口裝置在架構(gòu)上可以類似于先前相對(duì)于圖1-4討論的那些。

此外，盡管圖5中示出僅接口裝置100、200和300，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員中的一個(gè)將容易地意識(shí)到，在分布式控制系統(tǒng)500中可以使用多于三個(gè)接口裝置。此外，分布式控制系統(tǒng)500可以配置成與比所示的那些現(xiàn)場(chǎng)裝置（1d，1e和1f）更多的現(xiàn)場(chǎng)裝置對(duì)接。

此外，盡管接口裝置100、200和300分別被示出為直接連接到控制器50a、50b和50c，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員中的一個(gè)將容易地意識(shí)到，控制器50a-50c可以與包含在分布式控制系統(tǒng)500中的任何接口裝置靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)地對(duì)接?？刂破?0a-50c可以各具有多個(gè)通道。此外，分布式控制系統(tǒng)500可以包含配置成控制接口裝置100、200和300的至少一個(gè)計(jì)算機(jī)處理器。

第一部分100a、200a和300a可以配置成從現(xiàn)場(chǎng)裝置1d、1e和1f接收信號(hào)的第一集合。信號(hào)的第一集合能夠包含輸出信號(hào)，即起源于控制器50a-50c的信號(hào)。信號(hào)的第一集合可以是模擬或數(shù)字電壓或電流信號(hào)。盡管對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)裝置1d、1e和1f示出了具體的連接模式（pattern），但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員中的一個(gè)將容易地理解，可以實(shí)現(xiàn)到分布式控制系統(tǒng)500中包含的任何接口電路的任意連接模式。連接模式可以是靜態(tài)的或動(dòng)態(tài)的，后者使用例如一個(gè)或多個(gè)可編程邏輯裝置實(shí)現(xiàn)。備選地，現(xiàn)場(chǎng)裝置1d、1e和1f可以連接到通信地耦合到第一部分100a、200a和300a的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)路。

分布式控制系統(tǒng)500還可以配置成將信號(hào)的第二集合傳送到控制器50a-50c，或傳送到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)路。信號(hào)的第二集合是模擬或數(shù)字電壓或電流信號(hào)。此外，分布式控制系統(tǒng)500可以配置成調(diào)制起源于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)路的信號(hào)的第三集合，信號(hào)的第三集合是模擬或數(shù)字電壓或電流信號(hào)。此外，分布式控制系統(tǒng)500可以配置成解調(diào)起源于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)路的信號(hào)的第四集合。信號(hào)的第四集合可以是模擬或數(shù)字電壓或電流信號(hào)。并且信號(hào)的第四集合可以是根據(jù)fsk協(xié)議調(diào)制的信號(hào)。

在其它實(shí)施例中，圖5可以是包含多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)電路（例如，100b、200b、300b）的分布式接口裝置500。現(xiàn)場(chǎng)電路可以配置成與以截然不同的模式操作的多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置（例如，1d、1e、1f）進(jìn)行通信。分布式接口裝置500可以包含多個(gè)控制電路（例如，100a、200a、300a）。控制電路可以配置成使用與現(xiàn)場(chǎng)電路的截然不同的模式關(guān)聯(lián)的格式將控制信號(hào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)電路傳送到現(xiàn)場(chǎng)裝置。此外，在一些實(shí)施例中，截然不同的模式可以包含與基于fsk協(xié)議（也就是hart協(xié)議）調(diào)制的信號(hào)關(guān)聯(lián)的至少一種模式。

公開(kāi)的通用i/o接口中的一個(gè)或多個(gè)可以用來(lái)執(zhí)行分布式控制方法。此種方法的說(shuō)明性實(shí)施例在圖6中示出。具體來(lái)說(shuō)，方法600可用于將分布式接口裝置與耦合到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)路的多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置對(duì)接。分布式接口裝置可以是多個(gè)接口裝置，例如上面相對(duì)于圖1-5討論的接口裝置。

方法600可以包含從來(lái)自多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置中的至少一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置接收模擬信號(hào)（步驟1000），模擬信號(hào)包含過(guò)程信號(hào)和調(diào)制控制信號(hào)。該方法可以包含通過(guò)分布式接口裝置將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換（步驟2000）成包含數(shù)字過(guò)程信號(hào)和數(shù)字調(diào)制信號(hào)的數(shù)字信號(hào)，其中數(shù)字調(diào)制信號(hào)根據(jù)像先前所討論的hart協(xié)議的fsk協(xié)議進(jìn)行調(diào)制。

該方法還可以包含由分布式接口裝置處理數(shù)字信號(hào)（步驟3000）以提取與至少一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置關(guān)聯(lián)的信息。此外，方法600可以包含通過(guò)分布式接口裝置并且基于所提取的信息向現(xiàn)場(chǎng)環(huán)路傳送（步驟4000）控制信號(hào)集合，該控制信號(hào)集合是模擬或數(shù)字電壓或電流信號(hào)，并且其中來(lái)自該控制信號(hào)集合的至少一個(gè)信號(hào)根據(jù)fsk協(xié)議進(jìn)行調(diào)制。

將會(huì)仍由本公開(kāi)涵蓋的備選實(shí)施例、示例和修改可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員（特別是根據(jù)前述教導(dǎo)）做出。此外，應(yīng)當(dāng)理解，用來(lái)描述本公開(kāi)的術(shù)語(yǔ)旨在是描述性的而不是限制性的。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員還將意識(shí)到，在不脫離本公開(kāi)的范圍和精神的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)上面描述的實(shí)施例的各種適配和修改。因此，要理解，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本公開(kāi)可以不同于如本文具體描述的那樣實(shí)施。