4-20mA 電流環(huán)路是工業(yè)和樓宇自動(dòng)化應(yīng)用中主流的過程控制方法。它既可用于傳輸來自傳感器的信息，也可用于向執(zhí)行器發(fā)送信息。即使在無線及其它更復(fù)雜數(shù)字解決方案（如 IO Link）問世之后，其憑借固有的故障保護(hù)機(jī)制、簡(jiǎn)易性和低成本，仍然是一個(gè)具有吸引力的解決方案。 4-20mA 標(biāo)準(zhǔn)來自較早的基于壓力的控制標(biāo)準(zhǔn)。在機(jī)械時(shí)代，蒸汽是主要的驅(qū)動(dòng)和控制動(dòng)力。那時(shí)，基于壓力的通信方法便被引入，其中管道壓力為 3-15 PSI，以控制和傳播信號(hào)。4-20mA 標(biāo)準(zhǔn)作為早期的標(biāo)準(zhǔn)，具備很多功能和優(yōu)勢(shì)。例如，每當(dāng)通信通道斷開時(shí)，壓力或電流自然歸零，從根本上保證安全。該標(biāo)準(zhǔn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它具有很小的壓力或電流范圍，分別為 0-3 PSI 或 0- 4mA，可為發(fā)射器供電。本文概述了 4-20mA 環(huán)路的要求，提出了一個(gè)非常優(yōu)秀的環(huán)路接收器設(shè)計(jì)方案，并提供數(shù)據(jù)圖表以說明其性能。電流環(huán)路最簡(jiǎn)單的形式包括發(fā)射器、電池、回路和接收器。發(fā)射器連接到壓力或溫度等傳感器，接收器（RX）通常連接到顯示器或可編程邏輯控制器（PLC）。您也可在本文中找到發(fā)射器（TX）連接到 PLC，或 RX 連接到某種形式的執(zhí)行器的示例。所有部件均通過導(dǎo)線在一個(gè)回路中連接，回路中的電流由 TX 改變，并由 RX 測(cè)量。電池通常為 9V-20V，并為環(huán)路供電，有時(shí)還為整個(gè)系統(tǒng)供電，包括 RX、TX、傳感器和其它電路。

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? ? ? ? ?1. 4-20mA 接收器設(shè)計(jì)要求 在構(gòu)建 4-20mA 接收器時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須注意兩個(gè)關(guān)鍵要求：高共模電流測(cè)量能力和高精度電流測(cè)量能力。電池電壓決定了 共模電壓的要求（通常為 12V）。如果共模電壓在 5V 左右，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有很多設(shè)備可供選擇，那么設(shè)計(jì)要求就會(huì)變得容易得 多。然而，共模電壓通常高于 5V，以補(bǔ)償環(huán)路導(dǎo)線電阻引起的 RC 下降。這些電阻面臨一個(gè)事實(shí)：環(huán)路可能會(huì)長(zhǎng)距離運(yùn)行， 距離達(dá)到數(shù)千米甚至更長(zhǎng)，從而可能會(huì)導(dǎo)致環(huán)路中的電壓顯著下降。 測(cè)量精度的第二個(gè)要求來自傳感器的精度和發(fā)射器的精度。若傳感器精度為 0.1%，則在所有條件下都需要 1000 個(gè)絕對(duì)精度 的無噪聲位，這意味著需要具有高有效位數(shù)（ENOB）的 13-14 位 ADC。更高的精度等級(jí)將需要更多的無噪聲比特位聲位。 此外，還有許多其它需求或特性可構(gòu)成最佳解決方案。例如，解決方案的尺寸，特別是將 4-20mA 接收器電路放在空間有限 的 PLC 模擬 I/O 卡上時(shí)。集成可以幫助減少電路總面積和復(fù)雜性，同時(shí)由于較少的組件和較低的偏差提高了解決方案的可靠 性。還有一些附加功能，如檢測(cè)過流和過壓 / 欠壓故障狀況等，使該解決方案更加強(qiáng)大。