如何简化设计420mA接收器

4-20mA 电流环路是工业和楼宇自动化应用中主流的过程控制方法。它既可用于传输来自传感器的信息，也可用于向执行器发送信息。即使在无线及其它更复杂数字解决方案（如 IO Link）问世之后，其凭借固有的故障保护机制、简易性和低成本，仍然是一个具有吸引力的解决方案。 4-20mA 标准来自较早的基于压力的控制标准。在机械时代，蒸汽是主要的驱动和控制动力。那时，基于压力的通信方法便被引入，其中管道压力为 3-15 PSI，以控制和传播信号。4-20mA 标准作为早期的标准，具备很多功能和优势。例如，每当通信通道断开时，压力或电流自然归零，从根本上保证安全。该标准的另一个优点是，它具有很小的压力或电流范围，分别为 0-3 PSI 或 0- 4mA，可为发射器供电。本文概述了 4-20mA 环路的要求，提出了一个非常优秀的环路接收器设计方案，并提供数据图表以说明其性能。电流环路最简单的形式包括发射器、电池、回路和接收器。发射器连接到压力或温度等传感器，接收器（RX）通常连接到显示器或可编程逻辑控制器（PLC）。您也可在本文中找到发射器（TX）连接到 PLC，或 RX 连接到某种形式的执行器的示例。所有部件均通过导线在一个回路中连接，回路中的电流由 TX 改变，并由 RX 测量。电池通常为 9V-20V，并为环路供电，有时还为整个系统供电，包括 RX、TX、传感器和其它电路。

     
         1. 4-20mA 接收器设计要求 在构建 4-20mA 接收器时，设计人员必须注意两个关键要求：高共模电流测量能力和高精度电流测量能力。电池电压决定了 共模电压的要求（通常为 12V）。如果共模电压在 5V 左右，你会发现有很多设备可供选择，那么设计要求就会变得容易得 多。然而，共模电压通常高于 5V，以补偿环路导线电阻引起的 RC 下降。这些电阻面临一个事实：环路可能会长距离运行， 距离达到数千米甚至更长，从而可能会导致环路中的电压显著下降。 测量精度的第二个要求来自传感器的精度和发射器的精度。若传感器精度为 0.1%，则在所有条件下都需要 1000 个绝对精度 的无噪声位，这意味着需要具有高有效位数（ENOB）的 13-14 位 ADC。更高的精度等级将需要更多的无噪声比特位声位。 此外，还有许多其它需求或特性可构成最佳解决方案。例如，解决方案的尺寸，特别是将 4-20mA 接收器电路放在空间有限 的 PLC 模拟 I/O 卡上时。集成可以帮助减少电路总面积和复杂性，同时由于较少的组件和较低的偏差提高了解决方案的可靠 性。还有一些附加功能，如检测过流和过压 / 欠压故障状况等，使该解决方案更加强大。