现场总线技术的优点为什么要用4-20毫安电流传输模拟量信号
工业现场总线技术的优点：4-20毫安电流传输模拟量信号的神奇之处
在众多工业现场总线技术中，RS232、RS485和CAN等数字信号传输方式如鱼得水，而对于模拟信号，我们又该如何选择呢？答案是通过4-20毫安（mA）的电流来实现。这种做法可能让你感到好奇，它背后隐藏着许多不可思议的优点。
首先，我们需要了解为什么要用电流而非电压来传输模拟量。这主要是因为在工业环境中，噪声和干扰可是大有文章。在这样的环境下，电压噪声可以达到数伏，但却很难产生足够大的功率，因此只会以微安级别的形式存在，这样的噪声对4-20mA传输带来的影响几乎可忽略不计。另一方面，由于使用的是恒流输出，即使导线电阻也不会影响精度，所以我们可以轻松地通过普通双绞线进行数百米的长距离传输。
接收端则更为简单，只需一个250欧姆到地的电阻就能将这条信号转换成0至5伏特的标准化格式。这样低输入阻抗接收器虽然能够捕捉到微小到nA级别的输入电流噪声，但它们所产生的小小动作，也就是说仅仅只有几微伏特，就足以让我们区分出各种不同的物理量了。
现在，让我们深入探讨为什么上限设定为20毫安而不是更高一些。当考虑防爆要求时，任何超过这个值都会引发火花，而这些火花可能造成爆炸风险。但是，如果设置为0毫安，那么即便是在正常工作状态下，也无法检测是否发生了断路，因为没有任何流量。如果系统出现故障并且断开连接，那么环路中的当前就会降至零，从而提供一条警报，以确保安全运行。此外，当变送器与控制系统之间通信时，可以作为“心跳”或“活动指示”，因此通常将2毫安设定为最低边界以触发断路报警。
最后，对于那些需要将物理参数转换成标准化格式（通常是4至20毫安）输出的一些设备来说，他们必须依赖外部供电源才能工作。而四线制变送器会占用四根导线——两根用于供给以及另外两根用于数据通讯。一种节省资源版本称作三线制变送器，它共享供给和数据通讯中的某个导向以减少必要数量的人手操作成本。然而，有一种特殊类型叫做两线制变送器，它利用其自身作为负载来供应自身所需的一部分能源，并且由于它只需要额外一条双向数据通讯路径，因此它只需要两个导管。这使得设计者们能够创造出更加紧凑、高效、低功耗以及经济实惠产品，如TPS54331/TPS54160 DC/DC转换器，以及MSP430系列处理器等，这些都是支持当今智能感知世界所必需的一些关键组件。
但为了实现这一切，你还必须设计一个VI转换器，将输入范围从0至3.3伏特扩展到整个4至20毫安范围。这是一个非常重要且具有挑战性的任务，但是运用LM358单片机或者其他类似的操作放大机型，你可以轻松完成这个过程，同时保证稳定的性能和高效率。此时此刻，无论你身处何方，只要有一台电脑、一支笔，一份灵感，你都能成为改变世界的一个力量。你准备好了吗？
