为什么采用4-20毫安电流传输模拟量信号在社会现场总线技术应用中
我可能会非常熟悉RS232、RS485和CAN等工业上常用的总线，他们都是传输数字信号的方式。那么，我们用什么方式来传输模拟信号呢？在工业中，人们需要测量各种非电物理量，例如温度、压力、速度和角度等，这些都需要转换成模拟量电信号才能通过数百米长的传输线到达控制室或显示设备。工业上最广泛采用的是使用4-20毫安（mA）电流来传输模拟量。采用这种方法的原因之一是它不容易受干扰，因为工业现场噪声电压可能达到几伏特，但噪声功率很弱，所以噪声电流通常小于纳安级别，因此给4-20mA传输带来的误差非常小；由于电流源内阻接近无穷大，并且导线的电阻串联在回路中不会影响精度，因此可以在普通双绞线上进行数百米远的传输；当我们接收端只需放置一个250欧姆到地的电阻，就能获得0-5伏特（V）的输出，这种低输入阻抗接收器能够有效减少nA级别输入电流噪声产生的小幅度波动。
选择4mA作为下限而不是0mA，是为了能够检测断开的情况：正常情况下，不会低于4mA，当因为故障导致连接断开时，环路中的当前降为0。这就使得系统可以检测到任何可能发生的问题。当物理量被转换成4~20 mA范围内的直流（DC）输出时，大多数变送器仍然需要外部供电。在实际应用中，最常见的是四线制变送器，它包括两根供电线和两根用于发送数据的输出线。但是，可以通过共享VCC或者GND这两根供電線来节省一条额外的一根通信线，使得变送器只需三条连结，即所谓“三线制”或“2-wire transmitters”。更进一步，如果变送器设计成仅依赖从发送数据端口提供足够大的负载，而不再需要外部供電，那么它们便可称为“2-wire”或“loop-powered transmitters”，即两条连结式转换器。而由于标准规定了最低工作点为4 mA，从而确保了所有这些系统都能够以24伏特并以极高效率运行，即使是在轻负载条件下也能保持良好的性能。
最后，对于这些基于2-wire技术设计的小型化、高效能感应与信号处理产品来说，将其集成至微控制单元（MCU）、如MSP430系列，以及其他类似的硬件成为实现高效实时数据采集与处理的一个关键步骤。此过程涉及设计一种专门用于将原始输入值(例如, 3.3 V)映射到适合通讯协议要求(比如, 1 ms 的时间间隔)之上的VI (Voltage-to-Current) 转换芯片，如LM358运算放大器。如果这个过程成功完成，那么我们就能够构建出那些既具有灵活性又易于整合至各种不同类型设备中的智能感应系统。
