极简电流回路接收电路设计
关键的外卖
4-20mA是工业中使用的最可靠的模拟信号标准。
电流回路接收电路用于测量或读取流经4-20 mA回路的调节电流。
通常，250 Ω固定电阻用于电流回路接收电路。
先有鸡还是先有蛋?这是一个常见的悖论，在这种情况下，很难提出两个独立的事物相互依赖。这种困境适用于传感器和电流回路，这在工业过程控制系统中是不可避免的。证明无电流回路的传感器电路的存在是一项令人困惑的任务，反之亦然。
为了将采集到的传感器数据传输到控制系统，工业依赖于4-20mA电流回路。4-20mA是一个普遍接受的信令范围，4-20mA电流回路是发射机、接收机、直流电源和连接线的串联。电流环路接收电路形成环路的最终端，并显示物理量测量或对采集的信号执行预期的动作。本文将讨论电流环接收电路。
工业过程控制中的电流回路
为了控制生产或制造系统，经常需要测量环境变量和过程变量。例如，在化学工业中，需要测量温度、压力、pH值、流量等。当温度高于参考值或压力下降到设定值以下时，会有一些预期的动作要执行。通过监测物理变量波动来手动控制过程并不总是切实可行的。通常，PLC系统用于工业过程控制。
PLC系统
大多数PLC系统从4-20mA电流回路接收输入。在没有PLC的情况下，传感器和过程控制系统之间可以硬连接4-20mA电流回路。电流回路是传感器和显示仪表或控制端任何嵌入式系统之间的接口。有一种极简设计方法可用于传感器电流回路电路。为了设计一个简单的电流回路电路，让我们先了解电流回路的基本原理。
4-20mA电流回路
4-20mA是工业中使用的最可靠的模拟信号标准。在电流回路中，模拟电流信号将传感器数据传输到控制面板，控制面板可以是PLC、单片机或FPGA。电流信号是高度准确的，并保持相同的整个电流回路从场端到控制端。
在使用电压信号的情况下，由电流回路元件和导线的内阻引起的压降在到达控制端时改变了物理量的值。电流信号天生不受电干扰或噪声的影响。
4-20mA电流回路的主要优点是活零。传感器的零输出对应于4mA并形成活零值。将4mA分配为活零可以很容易地检测到电流回路中的故障。
简单的设计和易于连接，配置和调试是导致广泛使用4-20mA电流回路的一些亮点。通常，当前循环由以下元素组成:
直流电源-电流回路运行的电源由电池或稳压直流电源提供。
发射机-变送器将传感器输出转换为4-20 mA范围内的电流流，并将传感器的零电平输出转换为4 mA，将满量程输出转换为20 mA。
接收器,接收电路设计用于测量或读取流经4-20 mA回路的调节电流。电流回路中使用的4-20 mA接收电路可以是记录仪、仪表、执行器、SCADA模块或数据采集设备。
环形布线-用于电源、发射机、接收机串联的连接线称为回路布线。
在下一节中，简要介绍了最小电流回路接收电路。
4-20mA电流回路接收电路的极简设计
让我们设计一个极简的温度传感器系统。
传感器,温度传感器测量温度。它可以是热电偶传感器，并连接到电流回路发射机。
电流环发射机-电流环发射器测量温度传感器数据并将其转换为模拟电流信号。电流环发射机可编程调节电流在4-20mA范围内。假设电流在4-20 mA之间的变化对应0-200℃。
电流回路接收器-您可以利用微控制器或基于精密ic的电流环路接收器来获得温度传感器测量的准确温度值。然而，最小的电流回路接收电路可以实现使用一个精密电阻。基于电阻器的电流环路接收机在其复杂性和成本方面是最小的。
这种高性价比的电流回路接收电路是基于欧姆定律．电流回路接收电路一般采用250 Ω固定电阻。电阻器上的电压降可以转换为温度读数。比例关系可以从1V (4mA x 250 Ω)对应0℃和5v (20mA x 250 Ω)对应200℃的关系中得到。您可以使用电压表测量电压降，并手动进行电压到温度的转换。如果不需要手动计算，请使用an模拟-数字转换器将模拟电压值发送到微控制器。计算部分由微控制器负责，您可以轻松获得温度读数。
没有电流回路接收电路，传感器系统就没有意义。无论电流回路接收电路类型如何，都可以利用Cadence的PCB设计和分析软件进行电流回路电路设计。
领先的电子产品供应商依靠Cadence产品来优化各种市场应用的电源、空间和能源需求。如果您想了解更多我们的创新解决方案，和我们的专家团队谈谈吧或请订阅我们的YouTube频道．