[发明专利]现场设备中的共模噪声降低电路

说明书

技术领域

本发明一般地涉及模拟信号处理，并且特别地涉及在存在共模噪声的情况下提供设备之间的可靠通信。

背景技术

如在化学、石油或其它过程中使用的那些过程控制系统通常包括设置在相应过程工厂内的各种位置上的多个现场设备，诸如阀、阀定位器、开关、传送机和传感器(例如温度、压力和流速传感器)以执行过程控制功能，诸如打开和闭合阀、测量过程参数、增加或降低流体流量等。现场设备通常经由模拟、数字或组合模拟/数字总线来与一个或多个集中式或分散式过程控制器(其又通信地耦合到主机或操作员工作站)通信。智能现场设备，诸如符合诸如FOUNDATION^TM现场总线、Device-Net或HART的众所周知的协议的现场设备，还可以执行一般在过程控制器内实现的控制计算、警报功能及其它控制功能。

用来向和从现场设备传送过程控制数据的某些通信协议与浮地电位相关联。换言之，允许使用这些协议的设备的接地基准或电路接地相对于接地电位浮置。举例来说，Foundation^TM现场总线协议要求将现场总线通信链路与地线隔离。作为浮地要求的后果之一，耦合到现场总线网络上的电源频率噪声有效地调制每个参与设备相对于地线的电路接地。实际噪声量根据特定的装置、设备和某些环境因素而变化。

通常，具有多个导线或线路的通信链路上已知多种类型的信令。例如，共模信号出现在双线通信链路的两个导线上。因此，共模电压信号是两个电压的平均值，每个电压是相对于公共接地而计算的。如果第一导线上的电压是V₁，并且第二导线上的电压是V₂，则共模电压信号V_CM定义为：

VCM=V1+V22]]>(等式1)

相反，跨越双线结构中的成对导线出现常模信号V_NM：

V_NM＝V₂-V₁                                (等式2)

应注意的是如果接地电位改变，则电压V₁和V₂中的每一个相对于接地电位的前一值改变相等的量，并且常模电压信号V_NM相应地未受影响：

V_NM＝(V₂+V_Δ)-(V₁+V_Δ)＝V₂-V₁             (等式3)

除使用诸如Foundation现场总线的通信协议来传送和接收过程控制数据之外，某些现场设备还使用各种信令技术(例如，常模、共模、差模等)和各种通信协议经由分立的通信链路与辅助设备通信。例如，数字阀控制器(DVC)可以经由现场总线通信链路与控制器通信且经由辅助独立有线通信链路与远程行程传感器通信。辅助有线通信链路上的信令可能比现场总线通信链路上的信令更易受到噪声影响。特别地，共模噪声可以妨碍DVC准确地从远程行程传感器接收信号，其可能在毫伏范围内。

发明内容

耦合到有线通信链路的设备包括匹配通信链路的某些或所有导线上的输入AC阻抗以便降低共模噪声对通过通信链路传播的信号的影响的共模噪声降低电路。在某些实施例中，共模噪声电路包括诸如运算放大器的有源组件，其将通信链路的某些或所有导线处的AC电压保持在相对于设备的接地电位近似相等的水平。在至少某些实施例中，设备的接地电位是浮置电位。可替换地，共模噪声电路可以包括连接到设备的接地电位以近似匹配与通信链路相关联的两个或更多输入阻抗的电阻器和电容器。在某些或所有实施例中，共模噪声电路不改变与通信链路相关联的DC阻抗，从而不使通信链路上的常模信号衰减。