電壓電流變送集成電路AM462原理及應(yīng)用

模擬電路接口
工業(yè)上通常用電壓0-5(10)V 或電流0(4)-20mA 作為模擬信號(hào)傳輸?shù)姆椒ǎ彩潜怀炭貦C(jī)經(jīng)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(shí)候采用什么方法，下面將對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

電壓信號(hào)傳輸 比如0-5(10)V
如果一個(gè)模擬電壓信號(hào)從發(fā)送點(diǎn)通過長(zhǎng)的電纜傳輸?shù)浇邮拯c(diǎn)，那么信號(hào)可能很容易失真。原因是電壓信號(hào)經(jīng)過發(fā)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(gè)電阻的和。如果信號(hào)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(jì)。要求不增加信號(hào)發(fā)送方的費(fèi)用又要所提及的電阻可忽略，就要求信號(hào)接收電路有一個(gè)高的輸入阻抗。如果用運(yùn)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(huì)引起很明顯的誤差。所以用電壓信號(hào)傳輸就必須在傳輸誤差和電磁干擾的影響之間尋找一個(gè)折中的方案。

電壓信號(hào)傳輸?shù)慕Y(jié)論：如果電磁干擾很小或者傳輸電纜長(zhǎng)度較短，一個(gè)合適的接收電路毫無疑問是可以用來傳輸電壓信號(hào)0-5(10)V 的。

電流信號(hào)傳輸 比如0(4)-20mA
在電磁干擾較強(qiáng)的環(huán)境和需要傳輸較遠(yuǎn)距離的情況下，多年來人們比較喜歡使用標(biāo)準(zhǔn)的電流來傳輸信號(hào)。
如果一個(gè)電流源作為發(fā)送電路，它提供的電流信號(hào)始終是所希望的電流而與電纜的電阻以及接觸電阻無關(guān)，也就是說，電流信號(hào)的傳輸是不受硬件設(shè)備配置的影響的。同電壓信號(hào)傳輸?shù)姆椒ㄕ喾?，由于接收電路低的輸入阻抗和?duì)地懸浮的電流源（電流源的實(shí)際輸出阻抗與接收電路的輸入阻抗形成并聯(lián)回路）使得電磁干擾對(duì)電流信號(hào)的傳輸不會(huì)產(chǎn)生大的影響。

電流信號(hào)傳輸?shù)慕Y(jié)論：如果考慮到有電磁干擾比如電焊設(shè)備和其他信號(hào)發(fā)射設(shè)備，傳輸距離又必須很長(zhǎng)，那么電流信號(hào)傳輸?shù)姆椒ㄊ沁m合這種情況的（模擬信號(hào)傳輸）。實(shí)際上經(jīng)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(jiǎn)單的使用：如果信號(hào)發(fā)送電路和相聯(lián)接的其他電路的工作電流保持常數(shù)不變，那么該工作電流和信號(hào)電流就可以通過同一根電纜來傳輸。人們只需用一個(gè)負(fù)載取樣電阻，而電流在負(fù)載電阻上的電壓降就可以作為有用的信號(hào)。當(dāng)然還應(yīng)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(shù)字信號(hào)傳輸需要一個(gè)AD 轉(zhuǎn)換，一個(gè)單片機(jī)和一個(gè)合適的驅(qū)動(dòng)電路相比，用簡(jiǎn)單的電流回路方法，人們只需要一條電纜，一個(gè)負(fù)載電阻和一個(gè)測(cè)量電壓表。特別當(dāng)對(duì)測(cè)量精度要求高的時(shí)候，二者產(chǎn)品成本的差別就更加明顯了。
錯(cuò)誤診斷：4-20mA 電流信號(hào)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)除了傳輸距離遠(yuǎn)和抗干擾能力強(qiáng)外，還會(huì)自動(dòng)提供出錯(cuò)信息。在一個(gè)經(jīng)過校準(zhǔn)的系統(tǒng)輸出零信號(hào)時(shí)（輸出端為電流4mA），如果接收到的信號(hào)大于零毫安而小于4 毫安時(shí)，就說明此時(shí)系統(tǒng)一定有問題。如果接收到的電流信號(hào)為零，那么一定是電纜斷了或者信號(hào)接收方面出了問題。如果電流信號(hào)超過20mA 就意味著輸入端方面的信號(hào)過載或者信號(hào)接收方面有問題。
長(zhǎng)距離傳輸：傳輸距離與發(fā)送信號(hào)端的驅(qū)動(dòng)能力和電纜的電阻以及接收端的測(cè)量電阻（負(fù)載電阻）有關(guān)。如果在信號(hào)傳輸?shù)碾娎|中也要安裝測(cè)量?jī)x表，那么負(fù)載電阻還應(yīng)該考慮到測(cè)量?jī)x表的輸入阻抗和監(jiān)測(cè)記錄儀表的輸入阻抗。這些儀表常常因?yàn)槌杀镜土蜔o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(shè)計(jì)時(shí)要考慮到電流源回路的帶載能力。
二線制電流信號(hào)傳輸
最簡(jiǎn)單的情況就是一個(gè)可調(diào)的電流源和電阻組成的電流信號(hào)發(fā)送方和接收方（從負(fù)載電阻處接收信號(hào)），見圖1。

在圖1 中對(duì)發(fā)送方有一個(gè)假定，就是它應(yīng)該產(chǎn)生一個(gè)與測(cè)量值相關(guān)的所希望的信號(hào)電流IOUT = 4-20mA。電阻RL 作為接收方，可以測(cè)量它上面的電壓降VA 或者直接測(cè)量串聯(lián)在電路里的電流表得到IOUT。實(shí)際上發(fā)送方常常由很多功能電路組合在一起的。在傳感器領(lǐng)域內(nèi)，發(fā)送方常作為信號(hào)測(cè)量轉(zhuǎn)換器，包含有傳感器，給傳感器供電的工作電源和一個(gè)電流源（圖2）。電流源回路除了可以變送測(cè)量信號(hào)外還可以作為隔離放大器用于PWM調(diào)制脈寬信號(hào)的輸出級(jí)，或者簡(jiǎn)單地作為電壓輸出的信號(hào)源。

圖2：完整的電流信號(hào)變送電路
通常傳感器信號(hào)或PWM調(diào)制脈寬信號(hào)是從零到一個(gè)滿度值（FS）變化，那么對(duì)于電壓控制的電流源就必須能夠生成一個(gè)零點(diǎn)為4mA 和滿度值為20mA 的電流信號(hào)（差值為16 mA）。在工業(yè)控制中，控制設(shè)備（控制室）常常同測(cè)量信號(hào)變送電路有較遠(yuǎn)的距離。如果把電源線同時(shí)也用作信號(hào)傳輸線，一共只用二根導(dǎo)線就可以進(jìn)行信號(hào)傳輸，那么成本就會(huì)下降，電路就會(huì)更簡(jiǎn)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(yīng)用電路
如圖3 所示，人們提供一個(gè)來自控制設(shè)備（控制室）的工作電源，它可以同時(shí)給多個(gè)變送電路提供電源。