为什么在社会总线通信中采用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。在工业应用中，使用4-20毫安电流来传输模拟量是最为普遍的做法。采用这种电流信号的原因之一是它们不易受到干扰，因为工业现场噪声电压可能达到几伏特，但噪声功率很弱，因此噪声电流通常小于纳安级别，从而给4-20毫安传输带来的误差非常小；由于电流源内阻接近无穷大，并且导线中的串联阻抗不会影响精度，所以可以在普通双绞线上进行数百米的传输。
此外，由于电流源的大内阻和恒流输出，在接收端，只需一个250欧姆至地之间的 电阻就能获得0-5伏特的电压。这使得低输入阻抗接收器能够有效减少nA级别输入电流噪声所产生的小规模电子噪声。此外，上限选择20毫安，是为了满足防爆要求：20毫安通断引起火花能量不足以引燃可燃气体。而下限没有设置为0毫安，是因为这样可以检测到变送器是否正常工作。当变送器故障断路时，环路将降至0毫安，而我们通常设定2毫安作为断线报警值。
这些考虑导致了对物理量进行转换并输出为4-20 毫安范围内稳定的直流电流量。在实际应用中，这意味着每个变送器需要有额外供给它运行所需能源的一根或两根额外线缆。如果两个供给点共享一条VCC或GND（正负极）连接，那么只需四根线即可完成任务，这种配置称作四导制。然而，如果VCC与GND被共享，则只有三根必要，即“三导制”。更高效的是两导制，它利用了输出当前作为其自身交流调节单元，使其成为一种负载，从而允许仅使用两根独特单元连接到主机控制系统。
例如，对于基于4-20 毫阿姆比尔斯基规则下限标准（即4 毫阿姆），这意味着对于轻负载条件下的高效率DC/DC转换器（如TPS54331, TPS54160）、低功耗感应器和信号链产品以及低功耗微处理机（如MSP430），提供支持二导式发送者的设计是一个挑战，但也充满潜力。一般来说，这涉及设计一个VI转换器，将0至3.3伏输入转化为4至20 毫阿姆输出，可以通过运放LM358实现，并通过+12伏供给动力。