電壓電流變送集成電路AM462原理及應用

模擬電路接口
工業上通常用電壓0-5(10)V 或電流0(4)-20mA 作為模擬信號傳輸的方法，也是被程控機經常采用的一種方法。那么電壓和電流的傳輸方式有什么不同，什么時候采用什么方法，下面將對此進行簡要介紹。

電壓信號傳輸 比如0-5(10)V
如果一個模擬電壓信號從發送點通過長的電纜傳輸到接收點，那么信號可能很容易失真。原因是電壓信號經過發送電路的輸出阻抗，電纜的電阻以及接觸電阻形成了電壓降損失。由此造成的傳輸誤差就是接收電路的輸入偏置電流乘以上述各個電阻的和。如果信號接收電路的輸入阻抗是高阻的，那么由上述的電阻引起的傳輸誤差就足夠小，這些電阻也就可以忽略不計。要求不增加信號發送方的費用又要所提及的電阻可忽略，就要求信號接收電路有一個高的輸入阻抗。如果用運算放大器OP 來做接收方的輸入放大器，就要考慮到此類放大器的輸入阻抗通常是小于 1MΩ 。原則上，高阻抗的電路特別是在放大電路的輸入端是很容易受到電磁干擾從而會引起很明顯的誤差。所以用電壓信號傳輸就必須在傳輸誤差和電磁干擾的影響之間尋找一個折中的方案。

電壓信號傳輸的結論：如果電磁干擾很小或者傳輸電纜長度較短，一個合適的接收電路毫無疑問是可以用來傳輸電壓信號0-5(10)V 的。

電流信號傳輸 比如0(4)-20mA
在電磁干擾較強的環境和需要傳輸較遠距離的情況下，多年來人們比較喜歡使用標準的電流來傳輸信號。
如果一個電流源作為發送電路，它提供的電流信號始終是所希望的電流而與電纜的電阻以及接觸電阻無關，也就是說，電流信號的傳輸是不受硬件設備配置的影響的。同電壓信號傳輸的方法正相反，由于接收電路低的輸入阻抗和對地懸浮的電流源（電流源的實際輸出阻抗與接收電路的輸入阻抗形成并聯回路）使得電磁干擾對電流信號的傳輸不會產生大的影響。

電流信號傳輸的結論：如果考慮到有電磁干擾比如電焊設備和其他信號發射設備，傳輸距離又必須很長，那么電流信號傳輸的方法是適合這種情況的（模擬信號傳輸）。實際上經常采用的電流傳輸方法有二線制和三線制方法。由于二線制的重要意義，在這里將主要論述二線制方法，也叫電流回路方法。

電流回路的綜合特性

簡單的使用：如果信號發送電路和相聯接的其他電路的工作電流保持常數不變，那么該工作電流和信號電流就可以通過同一根電纜來傳輸。人們只需用一個負載取樣電阻，而電流在負載電阻上的電壓降就可以作為有用的信號。當然還應該注意工作電壓要足夠高，以滿足電流回路里所需要的電壓降。
低廉的成本：與數字信號傳輸需要一個AD 轉換，一個單片機和一個合適的驅動電路相比，用簡單的電流回路方法，人們只需要一條電纜，一個負載電阻和一個測量電壓表。特別當對測量精度要求高的時候，二者產品成本的差別就更加明顯了。
錯誤診斷：4-20mA 電流信號傳輸的優點除了傳輸距離遠和抗干擾能力強外，還會自動提供出錯信息。在一個經過校準的系統輸出零信號時（輸出端為電流4mA），如果接收到的信號大于零毫安而小于4 毫安時，就說明此時系統一定有問題。如果接收到的電流信號為零，那么一定是電纜斷了或者信號接收方面出了問題。如果電流信號超過20mA 就意味著輸入端方面的信號過載或者信號接收方面有問題。
長距離傳輸：傳輸距離與發送信號端的驅動能力和電纜的電阻以及接收端的測量電阻（負載電阻）有關。如果在信號傳輸的電纜中也要安裝測量儀表，那么負載電阻還應該考慮到測量儀表的輸入阻抗和監測記錄儀表的輸入阻抗。這些儀表常常因為成本低廉和無需外加電源而與集成電路一樣共同連接在電流回路中并從4mA 中直接獲得工作電源。因此在電路設計時要考慮到電流源回路的帶載能力。
二線制電流信號傳輸
最簡單的情況就是一個可調的電流源和電阻組成的電流信號發送方和接收方（從負載電阻處接收信號），見圖1。

在圖1 中對發送方有一個假定，就是它應該產生一個與測量值相關的所希望的信號電流IOUT = 4-20mA。電阻RL 作為接收方，可以測量它上面的電壓降VA 或者直接測量串聯在電路里的電流表得到IOUT。實際上發送方常常由很多功能電路組合在一起的。在傳感器領域內，發送方常作為信號測量轉換器，包含有傳感器，給傳感器供電的工作電源和一個電流源（圖2）。電流源回路除了可以變送測量信號外還可以作為隔離放大器用于PWM調制脈寬信號的輸出級，或者簡單地作為電壓輸出的信號源。

圖2：完整的電流信號變送電路
通常傳感器信號或PWM調制脈寬信號是從零到一個滿度值（FS）變化，那么對于電壓控制的電流源就必須能夠生成一個零點為4mA 和滿度值為20mA 的電流信號（差值為16 mA）。在工業控制中，控制設備（控制室）常常同測量信號變送電路有較遠的距離。如果把電源線同時也用作信號傳輸線，一共只用二根導線就可以進行信號傳輸，那么成本就會下降，電路就會更簡單合理，這就是所謂的二線制電流傳輸方法。

圖3：二線制的應用電路
如圖3 所示，人們提供一個來自控制設備（控制室）的工作電源，它可以同時給多個變送電路提供電源。