4-20mA（1-5V.DC）信號製是國際電工委員會(hui) （IEC）：過程控製係統用模擬信號標準。我國從(cong) DDZ-Ⅲ型電動儀(yi) 表開始采用這一國際標準信號製，儀(yi) 表傳(chuan) 輸信號采用4-20mA.DC，聯絡信號采用1-5V.DC，即采用電流傳(chuan) 輸、電壓接收的信號係統。使用4-20mA模擬量進行通信時，無論是發射端還是接收端的電路設計相對於(yu) 數字通信都會(hui) 比較複雜，那為(wei) 什麽(me) 還要使用呢？本文將結合設計案例帶你了解4-20mA通信。

　　1、為(wei) 什麽(me) 使用4-20mA通信？

　　在遠距離、複雜的工業(ye) 現場應用場合常常伴隨有較大的幹擾源，磁場輻射幹擾、傳(chuan) 導幹擾等，如果使用傳(chuan) 統的數字通信容易受到幹擾，因為(wei) 接收端的輸入阻抗無窮大，在受到微弱噪聲信號幹擾後，會(hui) 產(chan) 生較高的電壓噪聲，不利於(yu) 數據傳(chuan) 輸以及接口的安全使用規範。而使用模擬量（4-20mA）進行通信時，由於(yu) 耦合的噪聲信號較為(wei) 微弱，通常為(wei) nA級別，則不受此影響，而且電流源驅動沒有線壓降問題。　

　　2、4-20mA代表了什麽(me) 數據意義(yi) ？

　　基於(yu) 國際標準文件提出的《過程控製係統用模擬信號（第一部分）：直流電流信號（GB/T3369.1-2008/IEC60381-1:1982）》中規定了4-20mA信號為(wei) 首選直流電流通信信號，如表一：直流電流信號範圍所示。文件中規定在采用4-20mA通信信號的情況下，4mA代表原始數據的0刻度，20mA代表原始數據的滿刻度，0mA作為(wei) 斷電、斷線檢測。

　　如遠端PT100熱電阻溫度監測係統，通過4-20mA通信方式將遠端現場數據傳(chuan) 回PLC，實現對現場溫度變化監測。PT100的測量範圍為(wei) -200-850℃，則4mA代表-200℃，20mA代表850℃，實際溫度計算公式如下：

　　T=（850+200）℃/（20-4）mA*（I-4mA）-200℃

　　其中：T為(wei) 當前測試溫度;I為(wei) 當前采集電流;一般用低於(yu) 2mA代表熱電阻測溫模塊係統斷電或者通信線路斷線。

　　3、4-20mA通信係統的一般電路設計

　　4-20mA模擬量通信電路如圖二4-20mA通信電路架構所示，應用現場前端由傳(chuan) 感器組成，經由變送器將非標準的傳(chuan) 感器信號轉換為(wei) 標準4-20mA通信信號，再發送到遠端控製設備，由接收器接收上傳(chuan) 至PLC控製端。

　　目前市麵上有較多的傳(chuan) 感器設備或者執行器的成品模塊已經集成了4-20mA通信功能，用戶隻需要自己搭建接收模塊即可。接收模塊正如下圖二4-20mA通信電路架構所示，包含了采樣器、信號調理電路、ADC（模數轉換）以及MCU（數據傳(chuan) 輸以及處理）。但如果4-20mA通信攜帶的是一個(ge) 高精度、數據範圍比較寬的數據時（比如上個(ge) 章節所提及的遠端PT100熱電阻溫度監測係統，數據量範圍-200-850℃，精度0.1%±1℃取最大值），接收模塊精度達不到0.1%，則會(hui) 引起數據傳(chuan) 輸誤差，發揮不了傳(chuan) 感器性能，那怎麽(me) 去確保接收模塊的采樣數據準確呢？

　　4-20mA通信電路架構

　　首先我們(men) 先來分析一下接收鏈路可能導致采集精度誤差的原因：a、采樣電阻的初始精度以及工作在極限環境（高低溫max）下時，電阻溫漂引起采樣電壓的漂移;b、調理電路，該電路限製采樣精度的因素比較多，如運放的失調電壓、輸出噪聲、衰減或增益網絡誤差引起ADC端的電壓采集誤差;c、ADC單元電路誤差，如基準漂移、基準噪聲，電源噪聲、PCB布局等這都是外部影響ADC轉換精度因素;d、ADC自身所帶來的轉換精度誤差，如ADC的失調誤差、增益誤差，無噪聲分辨率低、積分非線性差等問題，帶來轉換精度誤差。

　　為(wei) 了縮短用戶的開發周期，ZLG推出了一款帶有隔離功能的高精度模擬量采集模塊（TPS08U）一次性解決(jue) 了如上所有問題。該模塊在設計上，考慮了如上的所有因素，采用極低溫飄的電阻，號稱零漂移的運放，24bit分辨率的ADC，在極優(you) 的參數下選取最具性價(jia) 比元器件，並優(you) 化layout走線布局等實現以最小體(ti) 積達成8通道測量。同時，每個(ge) 模塊出廠均通過嚴(yan) 格的測試校準，保證出廠的每個(ge) 模塊都能達到指標要求。

　　4、TPS08U模塊使用簡介

　　TPS08U典型電路如下圖所示，隻需簡單的外圍電路就可以實現8通道的模擬信號采集（4-20mAand0-5V），精度0.1%（電壓為(wei) 滿量程精度）。模塊電源采用3.3V供電，通信接口SPI，同時，模塊集成了電源及通信隔離電路（隔離DC:2500V），尺寸大小長*寬*高：31.8mm*20.3mm*6.5mm。詳細資料可向當地銷售獲取。