为什么在社会场景中采用4-20毫安电流传输模拟量信号并且使用CAN总线的作用
我可能会非常熟悉RS232、RS485和CAN等工业上常用的总线，因为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？在工业环境中，人们经常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距离到达控制室或显示设备。工业中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传输原因之一是它对干扰不敏感，因为尽管工业现场噪声电压可能达到数V，但噪声功率通常很弱，因此噪声电流几乎可以忽略不计；此外，作为一个理想化的源，其内部阻抗接近无穷大，而且回路中的导线阻抗不会影响精度，因此可以通过普通双绞线进行数百米远的传输。此外，由于这些源具有高内阻和恒定的输出，当接收端安装一个250欧姆至地之间的小型电阻时，就能获得0-5V之间的稳定输入，可以有效减少低级别（nA级）的输入噪声对系统产生影响。
为什么上限设定为20mA而不是其他值？这是因为在某些应用中，比如防爆环境中，20mA以下的电流通断引发的小火花不足以点燃易燃气体。相反，没有将下限设定为0mA，是为了能够检测故障状态。当正常工作时，不会低于4mA，当因故障导致环路断开时，环路中的当前降至零。在实际操作中，一旦检测到2mA以下的情况，就可以判定有报警条件发生。
当我们想要将物理参数转换成4~20mA输出并与之相关联的一种技术称为变送器，它们通常依赖于外部供给器件以确保其运行。这意味着变送器必须连接至少四根线——两根供给线和两根用于数据传输的地线。但如果设计允许，可以共享一条供给线（比如使用共享VCC或者GND），这样就只需三根线了，从而使得它们被称作“三线制”变送器。而更先进的是，有一种特殊类型叫做“两线制”变送器，它利用自身生成足够大的负载，使得只有两个输入即可满足所有需求，而这正是实现通信所需资源最小化的一个重要方面。
由于标准规定了最大工作范围为4毫安，我发现许多这样的系统都只能在24伏特下的轻负载条件下最高效率地运行DC/DC转换器（例如TPS54331或TPS54160）以及低功耗感应元件和信号链产品，以及那些同样提供高度能效但性能出色的微处理单元（如MSP430）。对于实现有效且经济实惠的一系列功能性解决方案，这种能力至关重要，并且挑战性也随之增加。
要构建这样的系统，我们往往需要设计一个特定的电子扩展板，即VI转换器，该板将1.8-3.3伏直流输入翻译成标准范围内4-20毫安直流输出。一种常见选择是运放LM358，以+12伏作为动力来源。如果你正在寻找灵活性，那么这种类型的手段允许你根据具体需求调整整个平台，从而优化整体性能并适应不同场景下的应用要求。
