在工廠自動化控制領域，模擬信號的傳輸常見電流信號4-20mA，常見電壓信號0-10V，0~5V，-10V~+10V,-5V~-5V。

一、為什么數據傳輸需要電流信號?

首先電流源內阻趨近無窮，因此在長距離傳輸的場合下(100m以內，大于100m采用數字信號RS485)，傳輸電流信號導線阻抗可以對輸出信號精度的一影響微乎其微。而工業(yè)環(huán)境有很多大功率的機器運行，其產生的電磁干擾功率小，電壓可達幾V，電流卻只有幾nA，因此面對長距離有電磁干擾的場合采用電流信號傳輸數據再適合不過了。在接收端，再把4~20mA轉為電壓信號進行后續(xù)的控制。

二、為什么電流信號是4~20mA呢?

電流最大量程20mA的選擇從安全性，實用性，功耗和成本考慮因素。安全火花儀表(防爆)只能使用低電壓和低電流;20mA電流不會引燃瓦斯，另外是功耗和成本等因素。

4-20MA變送器大多是雙線制。

雙線系統(tǒng)是電源和負載串聯連接，電流環(huán)路傳遞電流信號和電流偏置信號。如果沒有靜態(tài)工作電流，變送器電路將無法工作，信號啟動電流為4mADC是變送器的靜態(tài)工作電流。同時，儀器的電氣零點為4mADC，有助于識別電源故障和斷開等故障。

三、怎么才能得到4~20mA信號?

除了之前介紹過的高邊VI轉換電路(經典的電壓轉電流電路解析)，接下來介紹另外一種經典的OPA+BJT(MOS也可以)的VI轉換電路。

設計指標：輸入0~10V/200uA; 輸出4~20mA; OPA 15V單電源供電。

0~10V轉換4~20mA思路：先將0~10V偏置到2~12V(電路圖不包括偏置電路)，再分壓到833mV到5V。其中運放可以實現阻抗匹配，抑制共模干擾(看運放的CMRR)，輸入電壓經過R1,R2分壓之后給到R5，因此輸出電流符合以下公式：

1.R5：限制功耗100mW， IN-(max)=5V at Io(max)=20mA

R5= IN-(max)/ Io(max)=5V/20mA=250Ω

2.R1，R2:

IN-(max)=IN+(max)=Iimax×R2=5V

R2=IN-(max)/ I Iimax =5V/200uA=25kΩ(標稱值24.7 kΩ~24.9 kΩ)

IN+(max)=Vi(max) ×[R2/(R1+R2)] ,R1取34.8 kΩ。

3.運放補償設計：R3/R4/C1第一和第二階段都需要補償組件，以確保適當的設計穩(wěn)定性。運放輸出驅動容性負載容易產生輸出震蕩，本補償之后的電路結構是經典的運放雙反饋回路，具體可以參考如下運算放大器雙反饋回路設計。