4線制傳感器發射器輸出級設計

我討論了4線制傳感器發射器的基本結構，以及它們與2線制和3線制傳感器發射器的不同。在這篇博文中，我將討論如何構建一個與圖1中所示相似的本地供電輸出隔離式4線制傳感器發射器。本地供電4線制傳感器發射器在必須長距離接線，并且傳感器的流耗大于4mA的應用中很常見，而這也使2線制發射器無法在此類應用中得以應用。一個常見示例就是電磁流量計。

圖1：具有本地電源的輸出隔離式4線制傳感器發射器

典型4線制發射器的輸出級設計同樣要比2線制或3線制發射器輸出級的設計要簡單，其原因在于，4線制模擬輸入模塊內的感測電阻器是浮動的。因此，你可以使用一個圖2中所示的簡單灌電流拓撲。你還可以使用一個源電流拓撲，不過這個樣的話就需要一個與3線制發射器中相類似的2級設計。

圖2：4線制傳感器發射器輸出級設計

正輸出，IOUT+，通過一個限流電路，被連接至一個+18V電源。負輸出端子，IOUT-，被接至N類型金屬氧化物半導體 (NMOS) 晶體管的漏極。一個運算放大器 (op amp) 驅動NMOS晶體管的柵極，根據輸入電壓，VIN，來控制流經RSET 電阻器的電流，從而得到方程式1中的V-I轉換函數：

在一個輸出隔離式發射器中，輸出級必須與傳感器和電源完全隔離。這就要求從本地電源生成一個隔離式電源，以及一個跨過絕緣隔柵來傳送傳感器信息的方法。如圖3所示，你可以使用一個數字隔離器和數模轉換器 (DAC) 來達到這一目的。

圖3：具有數字隔離器和DAC的完整輸出級

輸出隔離式4線制傳感器發射器最后部件是針對輸出級的隔離式電源。根據輸入和輸出電壓，你可以用很多方法來實現一個隔離式電源。圖4顯示的是一個輸入電壓為+24V，輸出電壓為+18V和+5V的示例解決方案。LM5017降壓穩壓器從+24V傳感器電源輸入中生成一個隔離式+20V輸出。TPS7A49低壓降穩壓器 (LDO) 生成+18V輸出，而TPS7A1650 LDO生成+5V輸出。如需了解與使用LM5017進行電源設計相關的更多信息，請閱讀TI Power House中的這篇博文。