許多工業自動化和過程控制解決方案需要精確地感知多個過程或控制變量。這些變量包括溫度、負載、力、光強度、運動、位置和電壓。Ti最新的嵌入式微控制器msp430i20xx系列，可以為多達四個集成24位sigma delta ADC；ADC提供每個通道的低功耗轉換。在24位ADC之前，可以通過差分輸入可編程增益放大器PGA直接檢測傳感器的輸出。

PGA可為高阻抗緩沖器提供單位增益或軟件定義的增益，最高可達16。在線供電解決方案（通常用于工業應用），多通道ADC解決方案在不超過通信環路定義的系統電流閾值的情況下提供對多個傳感器的同步監測。此外，這種解決方案還可以延長多通道電池供電傳感器應用的電池壽命。本文將回顧配置為2線發射機的線路供電解決方案，其中通信環路用作3線和4線發射機為系統供電，并且提供給系統的電源獨立于通信環路。Msp430i20xx系列單片機在工作溫度不高于105℃時可以支持這些配置。

工業變送器設計

大多數工業自動化和傳感器解決方案仍然依賴于線路電源解決方案
 易于使用、可靠的遠程數據傳輸、低噪聲敏感性和低成本，使該解決方案成為一個強大的工業解決方案。這些解決方案不僅可以為系統提供電源，還可以提供傳感器與網關之間的通信路徑。在這種情況下，系統包括電壓控制電流源，以響應傳感器信號輸出來調整回路電流。調制電流范圍通常為4毫安至20毫安，其中4毫安表示傳感器輸出范圍的最小值，20毫安表示傳感器輸出范圍的最大值。兩個端點之間的線性區域表示傳感器輸出的中間值。

圖1顯示了壓控電流源的典型配置。通過回路的電流受R6和R7定義的并聯電路和通過R5的參考電流的限制。由于通信回路基于電流值，因此信號的精度不受互連導線中電壓降的影響。因此，發射機和接收機之間的距離可以高達幾千米[1]。在這種情況下，變送器將不提供電流源。電流由連接到其輸出端的外部電壓源提供。這成為一個額外的優勢，因為通信回路可以為發射機本身供電。由于最小允許測量值被定義為4mA閾值，變送器解決方案的整體系統電流需要低于該臨界點，通常低于3.5ma。因此，裕度可用于低警告讀數。

圖1：電壓控制電流源原理圖

電流環發射器包括傳感器、傳感器接口、微控制器和壓控電流源（或電流DAC）。典型的變送器框圖如圖2所示。對于msp430i20xx系列單片機，傳感器信號可以直接通過24位sigma-delta模數轉換器的差分輸入來檢測。對于壓控電流源的電流驅動偏置，可以通過具有適當占空比和濾波要求的PWM&40；PWM&41；信號來實現。16位定時器模塊可用于產生可調的PWM信號。理論上，它的精度可以達到16位。之后，各個占空比的輸出信號可以通過低通濾波器，低通濾波器設計成只輸出一個直流電壓源。濾波器的設計使截止頻率低于PWM頻率，從而保證了單輸出電壓。

如前所述，發射機由通過通信環路的2線實現供電，或由與4-20mA電流環路不直接相關的單獨電源線供電（通常歸類為3線或4線解決方案）。在這兩種情況下，ldo-41；電壓調節器都會降低電流回路的電源電壓，以向發射機供電。圖3提供二線制和三線制的解決方案視圖。在二線制解決方案中，必須將電流閾值保持在3.5ma以下，以確保通過警告低讀數的裕度可以達到最小傳輸測量值4mA。

許多先進的工業部門使用多通道、高性能的采集系統，以近乎實時的方式管理從精密工業傳感器上傳的信息。典型的例子包括不間斷電源、工業功率計監視器、振動和波形分析、儀表和控制系統，以及用于測量實際參數（如溫度、壓力、光強度、 液體流量和力）的數據采集系統。車載PGA的差分輸入直接與24位sigma-delta模數轉換器相連，實現傳感器信號的直接、高精度傳感。此外，這些轉換器基于二階sigma-delta調制器和數字抽取濾波器。抽取濾波器是sinc3梳狀濾波器，過采樣率高達256。在 msp430i20xx MCU中，最多有四個獨立的24位sigma delta adc。此設計可允許多達四個傳感器接口同時對多個工業自動化或工藝參數進行采樣。在轉換過程中，每個通道平均只消耗200μa。 

相比之下，其他解決方案通常為每個通道0.5mA到1.0mA。即使在二線制電流環結構閾值的嚴格要求下，msp430i20xx單片機也能為同步傳感器采樣提供如此低的每路電流。表1比較了msp430i20xx系列單片機中四通道24位Sd24模塊的交直流轉換分辨率。如表所示，在大多數PGA增益設置中，msp430i20xx Sd24的直流性能超過16個有效位。在4至20毫安電流回路溶液中，該指示器的精度足以達到0.5μA以上。圖4提供了額外的測試數據。

圖4

圖4和表1所示的直流分析數據是通過標準方法獲得的，特別是通過縮短Sd24的差分輸入來找到大量數據的標準差。更具體地說，您可以編寫代碼示例，將256個24位值的示例存儲在ram塊中，然后使用TI的代碼編寫器Studio Gamma IDE將其下載到文本文件中。為了計算AC數據的ENOB，采用了一個簡單的公式結合SINAD。這個公式顯示ENOB=&&40；SINAD–1.76db&41；6.02db。對于DC數據，采用數據標準差，ENOB可由以下公式得到：ENOB=n–log2&40；41；。在這個公式中，n表示轉換器提供的位數，是數據的標準偏差。

Msp430i20xx系列單片機具有四個24位sigma-delta模數轉換器，非常適合高精度工業傳感器應用。每個通道ADC的低功耗性能使多個高精度傳感器輸出能夠同步采樣，而不會超過多個2線制工業電流環路解決方案定義的電流閾值水平。該系列也是許多電池供電的多傳感器應用的理想選擇。