为什么在社会应用中采用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、速度和角度等，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。采用这种方法的原因是它不容易受干扰，因为在工业现场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；由于电流源的大内阻和恒流输出，在接收端我们只需放置一个250欧姆到地的电阻就可以获得0-5V的电压，低输入阻抗接收器的好处是nA级的输入電流噪聲只产生非常微弱的電壓噪聲。
选择20mA作为最高值是出于防爆要求：20mA通断引起火花能量不足以引燃瓦斯。而设置为没有取0mA，是为了能够检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路当前降为0。这意味着我们可以设定2 mA作为断线报警值。使用4-20 mA变送器将物理量转换成这个范围内输出，可以通过外部供给来保证其稳定的工作状态。
这种变送器通常需要两根供给线加上两根用于输出信号的小型化连接器（四线制），这使得它们对空间布局有一定的灵活性。不过，由于这些变送器内部包含了适当大小和类型的一种特殊负载，它们也能从自己的输出提供足够多余的小额直流能源，以便直接利用其中一条已经存在的地面焊接连接（共享GND）而不是必须单独分配一个新的GND焊接点，从而减少了所需空间并简化了安装过程。在极端情况下，如果系统设计允许，我们甚至还能够通过共享正向供给连接点仅使用两个独立地面焊接点（三线制）。然而，更高效率、高性能且具有较低功耗特性的DC/DC转换器以及感应元件与电子链路产品，以及具有更高效能处理芯片，如MSP430，将进一步推动这一技术发展，使得实现更加紧凑且高效成为可能，而又充满挑战。
要实现这样的功能，我们往往需要设计一种VI转换器，它接受0至3.3伏之间的输入，并生成4至20毫安之间的输出，可以采用运放LM358作为核心组件，其操作是在+12伏供应下的环境下进行。此外，还有其他一些关键技术细节，比如如何确保可靠性、耐久性以及对各种环境条件变化的一般适应能力，也同样是一个重要的话题，但那属于更深层次讨论的问题领域。