工業(yè)上傳輸信號(hào)的方式及原因分析

　　大家可能會(huì)非常熟悉RS232，RS485，CAN等工業(yè)上常用的總線，他們都是傳輸數(shù)字信號(hào)的方式。那么，我們用什么方式來(lái)傳輸模擬信號(hào)呢？工業(yè)上普遍需要測(cè)量各類非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等，這些都需要轉(zhuǎn)換成模擬量電信號(hào)才能傳輸?shù)綆装倜淄獾目刂剖一蝻@示設(shè)備上。工業(yè)上最廣泛采用的是用4~20mA電流來(lái)傳輸模擬量。

　　采用電流信號(hào)的原因是不容易受干擾，因?yàn)楣I(yè)現(xiàn)場(chǎng)的噪聲電壓的幅度可能達(dá)到數(shù)V，但是噪聲的功率很弱，所以噪聲電流通常小于nA級(jí)別，因此給4－20mA傳輸帶來(lái)的誤差非常??；電流源內(nèi)阻趨于無(wú)窮大，導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，因此在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米；由于電流源的大內(nèi)阻和恒流輸出，在接收端我們只需放置一個(gè)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(jí)的輸入電流噪聲只產(chǎn)生非常微弱的電壓噪聲。

　　上限取20mA是因?yàn)榉辣囊螅?0mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒(méi)有取0mA的原因是為了能檢測(cè)斷線：正常工作時(shí)不會(huì)低于4mA，當(dāng)傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線報(bào)警值。電流型變送器將物理量轉(zhuǎn)換成4~20mA電流輸出，必然要有外電源為其供電。最典型的是變送器需要兩根電源線，加上兩根電流輸出線，總共要接4根線，稱之為四線制變送器。當(dāng)然，電流輸出可以與電源公用一根線（公用VCC或者GND），可節(jié)省一根線，所以現(xiàn)在基本上將四線制變送器稱之為三線制變送器。其實(shí)大家可能注意到， 4-20mA電流本身就可以為變送器供電，變送器在電路中相當(dāng)于一個(gè)特殊的負(fù)載，這種變送器只需外接2根線，因而被稱為兩線制變送器。工業(yè)電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)下限為4mA，因此在量程范圍內(nèi)，變送器通常只有24V，4mA供電（因此，在輕負(fù)載條件下高效率的DC/DC電源（TPS54331，TPS54160），低功耗的傳感器和信號(hào)鏈產(chǎn)品、以及低功耗的處理器（如MSP430）對(duì)于兩線制的4-20mA收發(fā)非常重要）。這使得兩線制傳感器的設(shè)計(jì)成為可能而又富有挑戰(zhàn)。

　　一般需要設(shè)計(jì)一個(gè)VI轉(zhuǎn)換器，輸入0-3.3v，輸出4mA-20mA，可采用運(yùn)放LM358，供電+12v。