为什么在社会应用中采用4-20毫安电流传输模拟量信号场景分析与现场总线技术应用200例
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？在工业应用中，大家都知道我们需要测量各种非电物理量，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控制室或显示设备上的导线。工业上最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。采用这种方法的原因是它不容易受干扰，因为工业现场噪声电压可能达到数V，但是噪声功率很弱，所以噪声电流通常小于nA级别，因此给4-20mA传输带来的误差非常小；由于电流源内阻趋近无穷大，在回路中加入导线电阻并不影响精度，因此在普通双绞线上可以轻松地传输数百米；另外，由于电流源的大内阻和恒流输出，在接收端，只需放置一个250欧姆到地的電阻就能获得0-5V的電壓。这意味着低输入阻抗接收器能够有效减少nA级别的输入電流噪声所产生的微弱電壓噪声。
为何选择20mA而不是更高值？这主要是出于防爆要求：20mA以下的通断引起火花能量不足以点燃瓦斯。而为什么不选取0mA作为下限？这正是为了检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传感器因故障断开，环路中的电流降至零，就可检测到这一情况。一般来说，将物理量转换成4~20mA电流量输出，变送器需要外部供电。但即使如此，它们也必须有两根供货线加上两根数据输出线，所以它们被称作四行制变送器。不过，现在已经普遍使用三行制变送器，其中包含了用于共享供货和GND（或者VCC）的单一光缆，从而节省了一条额外线路。
其实，你可能注意到了，实际上，4-20mA本身就是足够作为变送器提供动力的，那么这样的变送器只需外接2根连接，即可成为两行制变送器。此外，由于标准化规定了最低限额为4毫安，而且在适当负载条件下，可以实现高效率DC/DC转换设计，并且结合低功耗但仍具有强大功能处理芯片（如MSP430），这些特性共同促进了两行制四十马电子发送系统对其重要性的认识与理解。
对于设计VI转换者，我发现运放LM358是一个合适选择。当设定输入范围为0-3.3v并输出相应范围内（即从400μA到2000μA）的当前时，这样做可以确保准确地将原始信号翻译成符合标准要求的一种形式。在此过程中，为LM358提供+12v稳定的直流交流，是保证整个系统性能的一项关键措施。