为什么在社会场景中采用4-20毫安电流传输模拟量信号用于Profibus现场总线系统
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，因为尽管工业现场中的噪声电压可能达到数V，但噪声功率相对较小，因此噪声电流通常只有nA级别，因此给4-20mA信号带来的误差非常小；其次，电流源内阻接近无穷大，使得回路中导线的电阻几乎不会影响精度，所以可以通过普通双绞线在几百米距离内进行数据传输；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欧姆到地的電阻就能获得0-5V的電壓，而低输入阻抗接收器能够减少nA级别输入電流噪声产生的微弱電壓噪声。
选择4 mA作为下限而不是0 mA，是为了确保即使变送器断开连接，也能检测到故障。当系统正常工作时，不会降至以下4 mA，当发生断路或者其他故障时，环路失去任何流量，从而触发报警。在实际应用中，一般会将这个值设定为2 mA以提供额外安全裕度。
电子式变送器将物理参数转换为标准化的4~20mA交流 电流量输出，并且它们需要外部供电。这通常意味着变送器需要四根线（两根供给+两根输出），因此称之为四线制变送器。不过，有一种设计可以共享一条供给线（公共VCC或GND）来节省一条导线，这种设计被称作三线制变送器。
值得注意的是，根据技术规格书，4-20mA本身就是足够作为变送器供能源力的，因此有些设计只需外加两条导線，因而被称作两行制变送器。在这些情况下，可以利用DC/DC转换器（如TPS54331或TPS54160）以及低功耗传感设备和处理单元（如MSP430）以实现高效率、高效能的一体化解决方案。
为了实现这一点，你还必须设计一个VI转换芯片，该芯片能够接受0-3.3v输入并生成标准化范围内(即 0 - 3.3 V) 的 输出范围，以此来产生适合用于行业场景下的 4-20mA 输出。这项任务可以借助运算放大器LM358完成，并且仅依赖+12v供应作为其运行所需之力。
