[发明专利]包括软件可配置的模数转换器系统的现场设备

说明书

技术领域

所公开的实施例涉及在制造工厂中使用的现场设备，其包括测量物理量的传感器和用于处理该传感器信号的模数转换器系统。

背景技术

在制造工厂处的工业过程控制中，用于感测正在运行的过程的物理测量(例如，压力，温度，水平或流体流动)的传感器以及对工业工厂中的处理单元执行控制输出动作的仪器(例如，控制阀，致动器或驱动单元)可跨越大的地理区域来定位。这些仪器一般被称为“现场设备”或“现场仪器”(下文为“现场设备”)。

现代现场设备一般被称为“智能”现场设备，因为除了基本传感器或物理参数的控制功能之外它们还提供有价值的资产数据(asset data)。此资产数据涉及现场设备的诊断健康及与其相关的过程/应用。

智能现场设备包括模数转换器系统(ADCS)，其为了将连续模拟感测信号转换成离散时间和离散幅度信号(即数字信号)提供采样和量化。图1是用于传统ADCS 100的框图，其可实现为总和-增量(sigma-delta)ADC，示为接收在线110上的模拟输入信号。ADCS 100包括模拟低通(抗混叠)滤波器112，其通常具有等于Kf_s/2的阻带频率，其中K为调节器的过采样比率(oversampling ratio)，并且f_s是该ADC 116操作所处的采样率。由低通滤波器112接收的线110上的该模拟输入信号可由通常提供转换功能的传感器输出。低通滤波器112实现该ADCS 100所需的抗混叠功能(anti-aliasing function)的一部分。然后该滤波的模拟输入信号沿着线114被提供至该ADC 116。该ADC 116将模拟信号转换成高频的一比特数字数据流，且还对模拟输入信号执行噪声整形，其包括对感兴趣的信号低通滤波以及对信号的量化噪声高通滤波。由ADC 116输出的该高频数据流在线120上提供至数字低通滤波器122。

所示的时钟信号Kf_s在线118上由该ADC 116接收。该ADC 116的采样率f_s基于控制该ADC 116何时将瞬时模拟电压转换成数字值的采样时钟。该采样率是该ADC 116在信号已经通过该模拟输入路径之后将该输入信号转换成数字值所处的速度。

数字低通滤波器122还对ADC 116的数字数据流输出执行该抗混叠功能，且通常在f_s/2处具有足够的阻带衰减以实现期望的动态范围。数字低通滤波器122减少驻留在上频带中的整形量化噪声。数字低通滤波器122的输出样本在线124上被提供至抽取器126，抽取器126提供至f_s的样本的数据速率减少。抽取可以被认为是一种方法，由过采样过程引入的数字样本中包含的冗余信息通过该方法被去除。

ADCS(例如图1中所示的ADCS 100)对于具有转换器响应速度的折衷(tradeoff)噪声滤波性能是已知的。此折衷通常以低通(抗混叠)滤波器112的最低滤波水平固定在产品硬件/固件中以尝试满足最小响应速度和最大可容忍噪声。

发明内容

提供本发明内容以采用简化的形式来引入所公开的概念的简要的选择，下面在包括所提供附图的具体实施方式中对其进行进一步描述。本发明内容并不旨在限制所要求保护的主题的范围。

所公开的实施例考虑在运行物理过程的工业(或制造)工厂中使用的现场设备，由例如图1中所示的ADCS 100之类的传统模数转换器系统(ADCS)使用的方法，要求在到ADC 116的输入处的后传感器低通(抗混叠)滤波器112足够大以确保可接受的低混叠(错误)的低频噪声。实际上，具有至少10dB衰减的抗混叠低通滤波器112被放置在ADCS中的ADC 116的前面，以防止ADC116上游的噪声被混叠回到ADC的奈奎斯特频带中。所公开的实施例认识到此抗混叠低通滤波器112的高频截止较大地限制了ADC系统的响应速度，以及由此的现场设备的响应速度。