4-20mA 電流環路是工業和樓宇自動化應用中主流的過程控制方法。它既可用于傳輸來自傳感器的信息，也可用于向執行器發送信息。即使在無線及其它更復雜數字解決方案（如 IO Link）問世之后，其憑借固有的故障保護機制、簡易性和低成本，仍然是一個具有吸引力的解決方案。 4-20mA 標準來自較早的基于壓力的控制標準。在機械時代，蒸汽是主要的驅動和控制動力。那時，基于壓力的通信方法便被引入，其中管道壓力為 3-15 PSI，以控制和傳播信號。4-20mA 標準作為早期的標準，具備很多功能和優勢。例如，每當通信通道斷開時，壓力或電流自然歸零，從根本上保證安全。該標準的另一個優點是，它具有很小的壓力或電流范圍，分別為 0-3 PSI 或 0- 4mA，可為發射器供電。本文概述了 4-20mA 環路的要求，提出了一個非常優秀的環路接收器設計方案，并提供數據圖表以說明其性能。電流環路最簡單的形式包括發射器、電池、回路和接收器。發射器連接到壓力或溫度等傳感器，接收器（RX）通常連接到顯示器或可編程邏輯控制器（PLC）。您也可在本文中找到發射器（TX）連接到 PLC，或 RX 連接到某種形式的執行器的示例。所有部件均通過導線在一個回路中連接，回路中的電流由 TX 改變，并由 RX 測量。電池通常為 9V-20V，并為環路供電，有時還為整個系統供電，包括 RX、TX、傳感器和其它電路。

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? ? ? ? ?1. 4-20mA 接收器設計要求 在構建 4-20mA 接收器時，設計人員必須注意兩個關鍵要求：高共模電流測量能力和高精度電流測量能力。電池電壓決定了 共模電壓的要求（通常為 12V）。如果共模電壓在 5V 左右，你會發現有很多設備可供選擇，那么設計要求就會變得容易得 多。然而，共模電壓通常高于 5V，以補償環路導線電阻引起的 RC 下降。這些電阻面臨一個事實：環路可能會長距離運行， 距離達到數千米甚至更長，從而可能會導致環路中的電壓顯著下降。 測量精度的第二個要求來自傳感器的精度和發射器的精度。若傳感器精度為 0.1%，則在所有條件下都需要 1000 個絕對精度 的無噪聲位，這意味著需要具有高有效位數（ENOB）的 13-14 位 ADC。更高的精度等級將需要更多的無噪聲比特位聲位。 此外，還有許多其它需求或特性可構成最佳解決方案。例如，解決方案的尺寸，特別是將 4-20mA 接收器電路放在空間有限 的 PLC 模擬 I/O 卡上時。集成可以幫助減少電路總面積和復雜性，同時由于較少的組件和較低的偏差提高了解決方案的可靠 性。還有一些附加功能，如檢測過流和過壓 / 欠壓故障狀況等，使該解決方案更加強大。