为什么在社会现场总线应用中采用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？工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度或角度等，这些都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。工业中最广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。这是因为采用电流信号的原因是不容易受干扰，因为工业现场的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；电流源内阻趋于无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，因此在普通双绞线上可以传输数百米；由于電流源的大內阻和恒流输出，在接收端我们只需放置一个250欧姆到地的電阻就可以获得0-5V的電壓，低输入阻抗的接收器好處是nA級的輸入電流噪聲只產生了非常微弱的小號頻率噪聲。
為什麼我們選擇取20mA而不是更高值？這是因為防爆要求：20mA 的電流量通斷引起火花能量不足以引燃瓦斯。而為什麼我們不能直接從0 mA開始傳輸？這是因為要檢測斷線：正常工作時不會低於4 mA，当傳輸線因故障断路，环路電流降为0。常取2 mA 作为断线报警值。目前，最典型的是变送器需要两根供给线加两根输出线，所以称之为四线制变送器。但如果我们将输出与供给共享一根（公用VCC或者GND），可节省一根线，那么现在基本上的四线制变送器被称作三行制变送器。此外，有一种特殊情况，即“两行制”变送器，只需外接二个直连，可以提供必要当前并作为其自身供给，从而减少对额外供给连接所需空间和成本。
工業標準下限設為4毫安，因此在量程範圍內，變送器通常只有24伏特，以便在轻负载条件下使用高效率DC/DC转换器（如TPS54331, TPS54160）以及低功耗感应产品和信号链产品，以及低功耗处理机（如MSP430）。这使得设计具有挑战性的两行制感应设备成为可能。此时，我们还需要设计一个VI转换机构，以输入0-3.3伏特并输出4毫安至20毫安，可通过运放LM358进行实现，并且只需+12伏特作为其供应。在这样做的时候，我们必须确保我们的设计能够抵御来自环境中的各种干扰，并且能够准确地捕捉任何重要数据点，同时保持尽可能高效利用资源。
