4-20mA是常見的工業模擬信號，主要用于傳輸變送器/傳感器的測量數據以及泵閥的控制信號。為什么工業現場會使用4-20mA？首先在工業現場，要完成信號的調理并進行長線傳輸，會產生以下問題：

 

第一，如果傳輸的信號是電壓信號，傳輸線會受到來自現場的各種噪聲的干擾；

第二，由于采樣端并非絕對高阻，以及傳輸線的存在線阻，會導致傳輸壓降產生；

 

采用電流信號的原因是不容易受干擾，因為工業現場的噪聲電壓的幅度可能達到數V，但是噪聲的功率很弱，所以噪聲電流通常小于nA級別，因此給4-20mA傳輸帶來的誤差非常小;電流源內阻趨于無窮大，導線電阻串聯在回路中不影響精度，因此在普通雙絞線上可以傳輸數百米;由于電流源的大內阻和恒流輸出，在接收端我們只需放置一個250歐姆到地的電阻就可以獲得0-5V的電壓，低輸入阻抗的接收器的好處是nA級的輸入電流噪聲只產生非常微弱的電壓噪聲。

 

4-20mA的電流環便是用4mA表示零信號，用20mA表示信號的滿刻度，而低于4mA高于20mA的信號用于各種故障的報警。

為什么選擇4-20mA而不是0-20mA呢？很簡單，如果0是最小，那么開路故障就檢測不到了！

對于兩線制儀表來說，只有兩根線，一根是電源線，一根信號線，環路工作電流一般為3.5mA，即環路內的器件總電流不大于3.5mA，最大電流小于24mA。

對于三線制儀表來說，分為電源、信號線、GND，常見傳輸方式為信號線和GND，即常見的共地型三線制。

市場上常見的4-20mA產生電路，多為運放方案，以下為常見的三線制工業模擬接口運放電路介紹。

用戶常見三線制電路一：

 

 

該電路為常見的HOWLAND結構，輸出精度高，帶載能力好。

用戶常見三線制電路二：

 

該電路為常見的反饋型結構，使用儀放結構，可以有效提升反饋部分的共模抑制比。

用戶常見三線制電路三：

 

用戶常見的三線制電路四：

 

 

下面是上海先積集成（原上海客益電子團隊）推出的高性能、低成本、外圍簡潔的三線制應用芯片：

LTS110：分為LTS110CMH（溫漂50ppm）和LTS110BMH（溫漂10ppm）兩個版本，為上海先積首創，主要針對電路復雜的運放方案進行替代，可以在提高電路性能的同時減少客戶bom元器件的數量。如下是LTS110電路及相關參數：

 

 

 

l 外圍精簡、LTS110封裝為MSOP10

l 工作電壓：8-36V

l 預留HART接口（XTR111不支持HART功能）

l 外擴三極管散熱

l 線性度兩點校正4-20mA小于0.02%

l 電壓系數＜0.01%

l 負載（0-1000Ω@24V）系數＜0.01%

l 內置基準（buffer后使用，溫度系數小于20ppm）該基準可以用于傳感器的ADC量化使用，DAC的基準（PWM積分的level-shift參照電平）

l 工作溫度：-45℃-125℃

 

 

附:  下圖為常見的PWM積分電路供參考：

 

 

該電路為PWM電平轉換及RC一階濾波及二階Sallen-Key濾波電路。

 

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