为什么在fieldbus总线上要用4-20毫安电流传输模拟量信号
在fieldbus总线上，为什么要用4-20毫安电流传输模拟量信号？这是一个很有趣的问题。首先，我们得明白，工业现场需要测量各种非电物理量，如温度、压力和速度等，这些都需要转换成模拟量才能通过长距离的fieldbus总线发送到控制室或显示设备。
现在，你可能会想知道，为什么不像数字信号那样使用RS232、RS485或者CAN这样的协议？原因是这些数字通信协议虽然适合短距离的数据传输，但在长距离传输时容易受到干扰。比如，在工业环境中，噪声电压可能达到数伏，但是噪声电流通常非常小，只有纳安级别，因此对4-20mA信号影响微乎其微。
另一个好处是，这种方法可以使用普通的双绞线进行传输，因为电流源具有极高的内阻，所以即使导线本身有一定的电阻，也不会对精度造成影响。这意味着我们可以轻松地将这些信号传送数百米之外，而不会出现任何问题。
接收端只需要一个简单的250欧姆到地的电阻就能将这条信息转换成0-5V的标准模拟信号。这是一个非常优雅且低成本的解决方案，因为它允许我们构建输入阻抗较低但又能够检测纳安级别噪声的小型化接收器。
至于为什么上限设定为20毫安而不是更高，有一个重要原因：防爆安全要求。当你处理易燃气体时，你希望确保任何操作都不足以引起火花，从而避免爆炸风险。而20毫安正好满足这一要求，即使断开连接也无法产生足够强烈的地面感应来触发火花。
下限则没有设定为零，是为了检测断开的情况。如果变送器正常工作，它应该始终输出至少4毫安，当变送器因为故障而中断时，这个值会降至零。因此，我们通常会设置2毫安作为报警阈值，以便监控系统能够及时发现并响应任何潜在的问题。
最后，让我们谈谈变送器如何工作。在大多数情况下，它们需要外部供电。但是，如果它们能够自给自足，那么就可以节省一根额外的线路。这就是为什么四根线制变送器（带有独立供电）正在被逐渐淘汰，而三根线制（共享供電）和两根线制（完全无需额外供電）变得越来越普遍的事实。此外，由于工业标准规定了最低当前水平为4毫安，不同类型的心灵感应者设计只能运行24伏特，并且尽可能高效率DC/DC转换器对于这种应用来说尤其重要，比如TPS54331和TPS54160，以及那些专门用于此类应用的小功耗传感器、信号链产品以及处理器（如MSP430）。
所以，当你想要设计一种两行制VI转换机，可以输入0-3.3伏特，然后输出从4到20毫阿姆培之间的话，你几乎必须依靠运算放大器LM358，以及+12伏特供给。你看到了吗？这个过程充满了挑战，但也是非常令人兴奋的一课。