電壓電流變送集成電路AM462原理及應(yīng)用

AM462-二線制的變送電路
本文描述的電壓控制的電流源是由Analog Microelectronics （AMG 公司）開發(fā)生產(chǎn)的AM462 專用集成電路，它的工作電源最大可達(dá)35 V。AM462 可以將測量的單端接地電壓信號轉(zhuǎn)換變送成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的電流輸出4…20mA（圖3）。為了能弄清AM462 轉(zhuǎn)換變送集成電路和它的一些附加功能，這里先介紹一下AM462 電路。

作為核心電路的AM462（圖4）是一個多級放大電路和一些其他功能電路以及保護(hù)電路所組成，它們都可以任意選用。這些以模塊形式組成的電路比如運(yùn)算放大器，電壓電流轉(zhuǎn)換，參考電壓源，參考電流源，可以通過外面電路連接組合使用也可以單獨(dú)使用（見圖5 和圖6）。

圖5：AM462 的二線制4-20mA 的應(yīng)用電路圖
下面簡要介紹AM462 的各個功能模塊情況：

運(yùn)算放大器OP1 用來放大單端接地電壓信號（正信號），放大倍數(shù)可通過外接電阻來調(diào)整。
電壓電流轉(zhuǎn)換模塊提供一個電壓控制的電流信號到集成電路的輸出端，該信號直接控制外置的三極管并最終輸出工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的電流信號。由于功耗的原因?qū)⑷龢O管外置，在極性反接時一個附加的二極管起到保護(hù)作用。
AM462 上的參考電壓源可為外接電路比如傳感器，微處理器等提供工作電源，這樣也簡化了二線制的電路。參考電壓源可提供5 到10V 的電壓并且可調(diào)。
附加的運(yùn)算放大器OP2 可用作為電壓源或電流源來使用，也可以為外接電路提供工作電源。OP2 的正輸入端是連接在內(nèi)置的固定電位VBG 上，這樣可以通過外面的二個電阻調(diào)整輸出的電壓或輸出的電流大小。
AM462 的參數(shù)計(jì)算和應(yīng)用舉例在產(chǎn)品說明書中有詳細(xì)介紹[1]。
AM462 具有很多保護(hù)功能，比如OP1 具有輸入信號過載保護(hù)功能。在整個工作電壓范圍內(nèi)，電流輸出級具有極性保護(hù)功能和輸出電流限制功能并保護(hù)三極管不被損壞。要注意在二線制方式中，一些附加的電流負(fù)載比如在圖6 中，OP2 的工作電流和集成電路本身的工作電流都被限制在4mA 之內(nèi)，就是說系統(tǒng)的總工作電流（AM462 和所有外接的元器件）不能超過IOUTmin = 4mA，特別要考慮到環(huán)境對工作電流的影響比如環(huán)境溫度，它會使工作電流發(fā)生變化。

圖6：AM462 與測量電路（AM462 提供3.3V 工作電壓）

電流信號變送電路AM462 的實(shí)際應(yīng)用
圖6 是AM462 的電流信號變送電路的實(shí)際應(yīng)用電路圖。這里假定測量電路的工作電壓為3.3V，它由AM462 提供。GND 是變送電路所有元器件包括電流源在內(nèi)的一個虛擬的參考電位（虛地）。用于過壓保護(hù)的電容器和齊納二極管也是相對于GND 而言的。GND 通過負(fù)載電阻RL 與系統(tǒng)地Ground（大地）相連，它們之間的電位是不等的。
GND ≠ Ground
VCC 是集成電路AM462 的工作電壓，VA 是負(fù)載電阻的電壓降，它們與外加的對大地而言的工作電源VS 的關(guān)系為：
VS = VA + VCC min.
而VCCmin 為：
VCCmin =VRef +1V 和 VS = 6 /11…35V
有多少檢測儀器可以接入電流回路和傳輸電纜可以有多長由下面的式子給出（見圖7）。

Rl 是電纜電阻，RL 是負(fù)載電阻，VM 是檢測儀器二端的電壓降，由圖6 可知：
VS ≥VCC min +VA 或者 VAmax = VS-VCC min

圖7：控制系統(tǒng)的電流變送技術(shù)應(yīng)用
如果RL , VM 和 VS 已知或事先給定，那么根據(jù)公式

（ρ = 電導(dǎo)率，銅ρ =0,016 Ωm²/m；l 是電纜長度，單位是米；A 是電纜的截面積，單位是mm²），就可以算出電纜的最大長度或者算出可允許串入的檢測儀器數(shù)量。考慮到電磁干擾的影響，有關(guān)負(fù)載電阻RL 的值應(yīng)該是低阻值的，但也受到測量儀器的分辨率的限制（在小電流時負(fù)載電阻RL 上的電壓降測量）。
圖7 是一個傳感器信號二線制電流變送傳輸技術(shù)應(yīng)用電路圖。在電流回路中串聯(lián)了相應(yīng)的檢測設(shè)備，就像在工控設(shè)備中比如PLC 等所需要的一樣。

總結(jié)
信號數(shù)字化傳輸方法越來越多，但是模擬電流4-20mA 信號的傳輸在今天仍然是工業(yè)上最普遍的抗干擾效果很好的一種信號傳輸方法。
本文介紹了二線制變送電路設(shè)計(jì)和信號傳輸中要注意的問題。通過專用變送集成電路AM462 的例子說明了如何簡單地開發(fā)一個電流變送電路和電流信號傳輸本身所能帶來的好處。