为什么在汽车CAN协议中采用4-20毫安电流传输模拟量信号
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，人们通常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几百米长的导线到达控制室或显示设备。工业上最广泛采用的方法之一是使用4~20mA电流来传输模拟量。采用这种基于电流的信号传输有几个原因：首先，它们不容易受到干扰，因为尽管工业现场的噪声电压可能达到数V，但噪声功率很弱，因此噪声电流通常小于nA级别，从而给4-20mA信号带来的误差非常小；其次，由于电流源内阻趋近无穷大，导线中的串联阻抗不会影响精度，因此可以在普通双绞线上安全地进行数百米远距离传输；最后，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欧姆到地的电阻就能获得0-5V的稳定输出。
选择4~20mA作为上限是出于防爆要求：20mA以下所产生的火花能量不足以引燃可燃气体。而下限没有设定为0mA，是为了能够检测断开的情况：正常工作时不会低于4mA，当通信线路因故障断开时，环路中的电流降至零，可以作为故障报警值。此外，虽然理论上可以设计变送器将物理量直接转换成0-3.3V直列输出，但实际操作中更倾向于将其转换为标准化的4~20mA范围，以便与其他系统兼容并确保数据准确性。
这些变送器通常需要外部供電才能够运作，并且它们在内部表现得像特殊类型负载。这使得一些变送器只需要两根连接即可完成所有必要任务，而被称作两线制变送器。然而，对于那些支持2-wire技术但仍然提供标准四通道输入/输出（I/O）的微控制单元（MCU）来说，比如TI公司生产的一些产品，其内部VI转换功能对于实现高效率、高性能且低成本两线制设计至关重要。在实际应用中，可以通过简单而有效的手段，如使用LM358运放，将输入范围从0v到3.3v映射到相应的4~20ma当前范围，从而构建出一个灵活且易扩展的小型化解决方案。
