为什么在社会总线系统中采用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？在工业中，人们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几百米长的导线到达控制室或显示设备。这是为什么工业上最广泛采用的是使用4-20mA电流来传输模拟量。在选择这种方法时，考虑了几个关键因素。
首先，它们不容易受到干扰，因为尽管工业现场可能存在数V的噪声电压，但噪声功率通常很弱，因此噪声电流通常小于nA级别，从而导致对4-20mA传输带来的误差极小。此外，由于电流源具有高内阻并且提供恒流输出，在接收端，只需放置一个250欧姆到地的电阻，就能获得0-5V的电压。这样做有助于减少低输入阻抗接收器上的nA级输入電流噪聲產生的微弱電壓噪聲。
为何选取上限为20mA？这与防爆要求有关：20mA以下的通断引起火花能量不足以点燃瓦斯。而下限没有设置为0mA，是为了能够检测断线。当系统正常工作时不会低于4mA，当由于故障发生导致传输线断路，环路当前降至0，则可作为报警值，常设定为2mA。变送器将物理量转换成4-20mA输出，并且必须由外部供给其所需能源。
最典型的是变送器需要两根供给能源（+12v）的线加上两根用于输出（当前）之用，即四根总共连结成为“四线制”变送器。但实际上，可以利用同一根供给能源与GND公共连接来节省一条连接，这样就被称作三线制变送器。不过，如果我们可以让发送者本身即可提供必要力量——因为它自身就是特殊负载，那么只需外接两条连接即可完成通信任务，这种情况被称作“二线制”。然而，由于标准规定大多数情况下要保持至少4毫安，所以仅有的24伏特和4毫安供给使得设计这些拥有较高效率DC/DC转换器以及低功耗感应元件和信号链产品，以及处理芯片如MSP430成为可能，而这些对于实现二线制通信至关重要。
此类设计的一个挑战在于构建一个VI转换器，以便从0到3.3伏特范围内进行输入，然后将其调整为适合2到20毫安之间范围内的输出。运算放大器LM358是一个潜在解决方案，可以通过+12伏特供应得到驱动。
