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，因为尽管工业现场可能存在数V级别的噪声电压，但这些噪声功率很弱，因此它们对4-20mA这样的流量产生误差时几乎微乎其微；其次，作为一个源于无穷大的内阻，导线中的串联阻抗不会影响精度，因此可以通过普通双绞线进行数百米长距离传输；最后，由于输出恒流的大内阻以及低输入阻抗接收器，只需在接收端放置一个250欧姆至地连接的电阻，就能获得0-5V之间的稳定输出。这使得我们能够更有效地处理nA级别的小型输入噪声。

选择4-20mA而不是其他范围如0-10mA或0-24mA，是为了满足防爆要求：如果使用了20毫安通断引起火花，那么这个火花所携带的能量不足以点燃易燃气体。而为何没有选择从零开始，而是至少维持了4毫安，这是因为这样做可以检测是否出现故障导致环路中断。当系统处于正常工作状态时，不会下降到这个水平。在发生故障并且环路断开的情况下，当前就会降至零，从而提供一个可靠的手段来识别问题。此外，还有2毫安作为一种报警值，当感应到的流量低于此值时，可以确定系统已经失效。

变送器将这些物理参数转换为标准化的4~20 mA范围之内，并确保他们可以与外部系统通信。一旦它们被配置好，就能够提供即插即用（Plug and Play）的功能，使得安装变得简单快速。但这也意味着每个变送器都需要两根供电线，以及两根用于数据交互的一条数据线，即四根总共。这就形成了“四线制”变送器。不过，在实际应用中，有时候你可以省略一条数据线，将供电和数据合二为一，以节省空间并减少安装复杂性，从而实现三行制变送器。如果我们进一步优化设计，可以利用同样的技术让变送器自己成为给自己的能源，即只需两个导管——一种用于交流信息，一种用于交流能源。这就是所谓“两行制”的概念。

由于标准规定Industrial Current Loop 的最小允许值为 4 毫安，所以大多数情况下，我们只能给我们的仪表加上24伏特，并且只有当负载轻的时候才会得到高效率DC/DC转换器（如TPS54331, TPS54160），以及低功耗传感器和信号链产品，以及低功耗处理芯片（MSP430）才能真正发挥作用。在所有这些设备都是可持续运行的情况下，这样设计出来的是既经济又高效的一个方案。但这也挑战了工程师如何创造出既安全又实用的两行制解决方案。一般来说，我们需要一个VI转换IC，比如LM358来完成这一任务，其输入范围从0到3.3伏特，同时输出保持在适当的幅度，如1毫安至20毫安之间。不幸的是，没有现成的解决方案，因此开发人员必须依靠自定义设计来满足特定的需求。