为什么在社会场景中采用4-20毫安电流传输模拟量信号用于ff现场总线
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，人们通常需要测量各种非电物理量，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通过几百米长的导线到达控制室或显示设备。工业上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信号传输有几个原因：首先，它们不容易受到干扰，因为尽管工业现场中的噪声电压可能达到数V，但噪声功率很弱，因此噪声电流通常小于nA级别，从而给4-20mA信号带来的误差非常小；其次，电流源内阻接近无穷大，使得回路中导线的串联阻抗不会影响精度，因此可以在普通双绞线上进行数百米远距离传输；最后，由于电流源的大内阻和恒流输出，在接收端，只需放置一个250欧姆到地的电阻就能获得0-5V的直流输入，这种低输入阻抗接收器能够有效减少nA级别的输入电流噪声产生的小巧电子声音。
选择4 mA作为下限取值，而不是0 mA，是为了确保即使在系统故障时也能检测到断开的情况。当变送器正常工作时，其输出不会低于4 mA。如果发生任何故障导致连接断开，那么环路中的当前将降至0 mA。这一点对于安全监控来说至关重要，可以作为报警值，比如2 mA。在实际应用中，变送器会将物理量转换为4-20mA范围内的交流或直流输出，并且它们通常需要外部供电。最常见的是四线制变送器，它包括两根供電線和两根数据輸出線。但是，如果变送器可以共享一条供電線（例如与GND或VCC共享），则可以节省一条额外线路，这样称为三线制变送器。而如果只需通过单独的一对引脚就能为变送器提供必要的地面返回并保持其功能完整，则我们谈论的是二线制（又被称作“HART”）设计。此类设计允许具有良好效率、高效率DC/DC转换器（如TPS54331, TPS54160）、低功耗感应元件以及微处理机（如MSP430）的系统支持更高效能，同时还能够实现对两个独立通道之间通信所必需的一致性。
为了实现这样的设计，我们往往需要一个VI转换芯片，将0-3.3V范围内的输入信号转换为标准化的4-20mA输出。这通常涉及运用操作放大器LM358，并通过+12V供给它以确保稳定运行。此类解决方案既简单又经济，对于那些寻求简洁但仍具备强大性能的人来说是一个理想之选。
