Entiendo que los datos digitales se superponen a los 4 - 20 mA, pero lo que no entiendo es si esa señal analógica "vibra" a distinta frecuencia para producir los datos de comunicación digital, o es otra señal (la "digital") la que está al lado, y si lo está, ¿cómo es que no interactúan?
El truco aquí es que el protocolo HART puede transmitir el valor analógico como una corriente de 4 - 20 mA al igual que un transmisor normal de 4 - 20 mA. Mientras tanto, podemos superponer una señal de frecuencia modulada encima de eso. Esto es muy similar al antiguo módem telefónico (MOdulador-DEModulador) donde los datos digitales se transmitían utilizando tonos de audio con una frecuencia para un '1' y otra para un '0'. Así que la respuesta es que los datos digitales se transmiten como una señal analógica.
Los puntos a tener en cuenta son que la CA está diseñada para utilizar siempre ciclos completos que tienen una tensión (o corriente) media de cero para que el valor analógico medio no se vea afectado.
En el extremo receptor, la señal de alta frecuencia se extrae a través de un filtro de paso alto y se demodula para recuperar los datos digitales. Mientras tanto, el valor analógico pasa por un filtro de paso bajo para eliminar la modulación y se lee de forma normal con un ADC.
"Como se indica en la Figura 12.8, HART proporciona dos canales de comunicación simultáneos: las señales analógicas de 4 - 20 mA y una señal digital". ¿Cuáles son esos canales?
Tal y como se ha descrito anteriormente.
¿Diferente voltaje? ¿Diferente corriente?
La señal normalmente se terminará en una resistencia - típicamente 250 Ω para convertir 4 - 20 mA en 1 a 5 V para la entrada a un ADC.
¿Frecuencia diferente?
Sí, "1200 Hz y 2200 Hz, que representan el 1 y el 0 binarios, respectivamente", como has citado.
¿Y cómo pueden interferir?
Interfieren de forma constructiva para que la señal de datos modulada se sume a la señal analógica de 4 - 20 mA como se muestra en el diagrama.
Recuerde que los circuitos de 4 - 20 mA se utilizan normalmente para valores de proceso que cambian lentamente en relación con las frecuencias HART, por lo que el filtro de paso bajo para el valor analógico puede filtrar fácilmente la modulación HART.
... según esto, ¿cuál es la frecuencia de la señal analógica? ¿Es 0 porque es DC?
Depende de tu definición de DC. Sí, es CC porque la corriente de 4 a 20 mA fluye siempre de la misma manera. Sin embargo, también varía con el tiempo y aquí es donde podríamos discrepar. Digamos que estamos monitorizando la presión en una prensa hidráulica y que varía de 0 bar (4 mA) a 50 bar (digamos, 12 mA) y que la prensa tiene un tiempo de ciclo de 10 s. Eso significa que tendríamos una señal analógica de 0,1 Hz. Podría decir que se trata de una señal media de 8 mA con una señal de CA de 0,1 Hz y 8 mA de pico superpuesta. Creo que la mayoría de nosotros la consideraría simplemente como una señal de CC variable en el tiempo y diría que es una CC que varía entre 4 y 12 mA.
En cuanto al filtrado, nuestra señal de 0,1 Hz de arriba sería muy fácil de permitir a través de un filtro de paso bajo diseñado para detener la señal HART de 1200 Hz. Un simple filtro RC probablemente haría el trabajo. Normalmente no tendrás que preocuparte por ello ya que los módulos HART lo harán por ti.
