4-20mA电流环、电压电流转换芯片方案比较
推荐4个实用的4～20mA输入0～5V输出的I／V转换电路
推荐4个实用的4～20mA输入0～5V输出的I／V转换电路一、最简单的4～20mA输入/1～5V输出的I／V转换电路应用示意图二、廉价运放LM324搭的廉价的4～20mA输入/0～5V输出的I／V转换电路三、推荐采用运放OP07搭的4～20mA输入/0～5V输出的I／V转换电路四、推荐采用精密的4～20mA输入/0～5V输出的I／V转换专用集成电路RCV420是一种精密的I/V转换电路,也是目前最佳的4-20mA转换0-5V的电路方案，有商用级（0℃－70℃）和工业级（-25℃－+85℃）供你选购。
这颗芯片有双电源方案和单电源方案，Single Supply 4-20mA Current Loop Receiver为单电源方案，我也采用的单电源方案。
根据文档来看：1、单电源方案，电压15V~36V；2、变送器电源和RCV420电源共地；3、RCV的10V输出参考电源是参考地；4、经过这样处理后，4~20ma对应10V~5V输出或者是0~-5V输出；注意：1、运放输入端分压后的电压不要超过运放的VCC，否则会有非线性区；2、LM324和LMV324的Vio在2mv左右，上面电路在低温区误差很大，因此选用AD8554，Vio大概在5uV左右；3、运放增加稳压源TL431;精密电流／电压转换器RCV420的典型应用电路RCV420的典型应用电路如图所示。
它采用±15V(或±12V)双电源供电。
C1和C2为正、负电源的退耦电容，需采用1μF 钽电容并且在安装时要尽量靠近RCV420的电源引脚。
CT端、RCV COM端和REF COM端必须单点接地并使接地电阻为最小，以免形成地线回路而引起转换误差。
当II=4～20mA时，Uo=0～ 5V。
C3为降噪电容，取C3=0.1μF时，可将基准电压输入端的噪声电压降低到25μV(峰-峰值)，减小50%。
4~20mA电流输出芯片XTR111完整电路在工控或者和工控相关的行业，一定会遇到需要输出4~20mA电流的时候。
4-20mA电流信号转成0-5V或0-10V电压信号
精心整理
4-20mA电流信号转成0-5V或0-10V电压信号
1、电流信号转成电压信号，或电压信号转成电流信号，实质就是信号传输中的阻抗变换问题；
2、信号传输阻抗匹配，就是满足信号源输出最大信号能量的条件；
3、信号传输阻抗匹配，就是信号传输能流最大、衰减最小、畅通无阻、失真变形最小；
4、电流信号转成电压信号，就是低阻抗传输转换为高阻抗传输；
5、这种阻抗变换，一定要通过阻抗变换设备、阻抗变换电路来实现；
6、常用阻抗变换的设备有阻抗变换变压器，例如音响系统的输入输出变压器；
7、常用阻抗变换电路，如射极输出电路，在模拟电子电路中经常用作输出级、输入级、中间转换级等；
8
9、4-20mA
10、
法；
2-10V,至于
简单化:4-20MA.再串
??? RCV420是一种精密的I/V转换电路,也是目前最佳的4-20mA转换0-5V的电路方案，有商用级（0℃－70℃）和工业级（-25℃－+85℃）供你选购。
4-20mA转换0-5V的电路图纸。
4-20mA电流环、电压电流转换芯片方案比较
4-20mA电流输出芯片比较（1）TI公司4-20mA电流输出芯片比较Precision Voltage-to-Current Converter/Transmitter NAME XTR110 XTR111 SUPPLY RANGE13.5V to 40V7V to 44V NONLINEARITY0.005%0.002% INPUT 0V to +5V, 0V to +10V 0 to 12VOUTPUT 0mA to 20mA, 5mA to 25mAOutputsOther Ranges0mA–20mA, 4mA–20mA,5mA–25mA AND VOLTAGEOUTPUTSOutput Current Equation I O = 10 [(Vref In/16) + (VIN1/4) +(VIN2/2)] /RSPANI O = 10 × Vvin/RsetPROBABLEPRICE90元10元Fig.1 XTR110应用电路XTR111部没有提供将0V输入转换成4mA输出的电路，最常用的方法是采用两个电阻网络连接参考电压和输入信号进行分压输入Fig.2 XTR111 应用电路4-20mA CURRENT TRANSMITTER with Sensor Excitation and Linearization NAME XTR105 XTR112 XTR114 SUPPLY RANGE7.5V to 36VPRECISION CURRENT SOURCES0.8mA 0.25mA 0.1mA INPUT EXCITATION 2- OR 3-WIRE RTD OPERATIONIO = VIN • (40/RG) + 4mA, VIN in Volts, RG in Output Current EquationΩInput Offset Voltage VCM = 2VPROBABLE PRICE 25元50元60元Fig.3XTR105/XTR112/XTR114原理图4-20mA Current-Loop TransmitterNAME XTR115 XTR116 XTR117 SUPPLY RANGE7.5V to 36V7.5V to 40V V REF FOR SENSOR EXCITATION 2.5V 4.096V NC LOW QUIESCENT CURRENT 200µA 130 A LOW SPAN ERROR 0.05%LOW NONLINEARITY ERROR 0.003%PROBABLE PRICE 20元15元Fig.4 XTR115/XTR116/XTR117原理图Fig.5 RCV42——4-20mA电流转0-5V电压基本连接Fig.6 RCV42——4-20mA电流转0-5V电压实例Fig.7 XTR101--Precision, Low Drift 4-20mA TWO-WIRE TRANSMITTERFig.8 XTR106-- 4-20mA CURRENT TRANSMITTER with Bridge Excitation and LinearizationFig.9 XTR108-- 4-20mA, TWO-WIRE TRANSMITTER “Smart” Programmable with SignalConditioningFig.10 XTR300-- Industrial Analog Current/Voltage OUTPUT DRIVER（2）AD公司4-20mA电流输出芯片比较DAC and Current TransmitterNAME AD420 AD5412 AD5422 AD694 FUNCTION DAC 4–20 mA Transmitter RESOLUTION16 12 16 - SUPPLY RANGE 12-32V AVDD:10.8-40V AVSS:-26.4-0V 4.5 V to 36 VINPUT 16BIT DIGITALSerial Input 12BIT DIGITALSerial Input16BIT DIGITALSerial InputPrecalibrated InputRanges:0 V to 2 V, 0 V to 10 VOUTPUT 4 mA to 20 mA,0 mA to 20 mA,0 mA to 24 Ma0 V to 5 V, 0 Vto 10 V, ±5 V,±10 V 4 mA to 20 mA,0 mA to 20 mA,0 mA to 24 mA0 V to 5 V, 0 Vto 10 V, ±5 V,±10 V4 mA to 20 mA,0 mA to 20 mA,0 mA to 24 mA0 V to 5 V, 0 Vto 10 V, ±5 V,±10 V4–20 mA, 0–20 mAPROBABLE PRICE60元50元60元50元Fig.11 AD420—standard configurationFig.12 AD5412/5422—in HART configurationFig.13 AD694—standard configuration（3）AMG公司4-20mA电流输出芯片比较NAME DESCRIPTION PROBABLE PRICEAM400 50元AM460 40元AM462 40元Fig.14 AM400—standard configurationFig.15 AM460—standard configurationFig.16 AM462—standard configuration另查过Linear和MAXIM公司无相关产品。
4-20mA、0-15V转0-10V、1-5V电压电流调理、调节模块IC
一路输入两路输出模拟信号隔离分配器信号隔离器非周期信号：指不具有上述性质的确定性信号，可以分成准周期信号和瞬态信号两类。
准周期信号：由多个具有不成比例周期的正弦波之和形成，级成信号的正（余）弦信号的频率比不是有理数。
瞬态信号：时间历程短的信号，如矩形脉冲信号、衰减指数脉冲信号、正弦脉冲等。
随机信号又分成两大类：平稳随机信号和非平稳随机信号。
平稳随机信号：信号的数计特征是时不变的，或者说不随时间原点的选取而变化的信号称为稳随机信号。
如图1.2.4所示。
非平稳随机信号是指不具有上述特点的随信号，如图1.2.5所示。
深圳市斯瑞特科技产品主要特性:>>精度等级：0.1级、0.2级、0.5级。
产品出厂前已检验校正，用户可以直接使用>>辅助电源：5V/12V/15V/24VDC 或者220VAC（范围±10%）>>国际标准一路信号输入:0-5V/0-10V/1-5V,0-10mA/0-20mA/4-20mA等>>二路输出标准信号：0-5V/0-10V/1-5V,0-10mA/0-20mA/4-20mA等，具有高负载能力>>全量程范围内极高的线性度（非线性度<0.2%）>>标准DIN35 导轨式安装（尺寸：106.7x79.0x25.0mm）>>具有较强的抗电磁干扰和高频信号干扰能力产品选型表：DIN12-IRT - U(A)□- P□- O□选型举例：例1：输入信号:0-10V 供电电源:24V 输出两路信号:4-20ma 型号:DIN12-IRT-U2-P1-O1 例2：输入信号:0-10V 供电电源:12V 输出两路信号:0-10V 型号:DIN12-IRT-U2-P2-O5 应用：>>模拟信号数据隔离、采集和变换，信号分配器>>隔离4-20mA或0-20mA信号传输>>工业现场信号隔离及变换>>信号长线无失真传输>>仪器仪表信号收发>>电力监控、医疗设备隔离>>变频器信号隔离采集>>PLC/FA 电机信号隔离控制>>非电量信号变送产品最大绝对额定值：Continuous Isolation Voltage（持续隔离电压）:3000VDCJunction Temperature（工作温度）:+85℃Storage Temperature （存贮温度）:+150℃Lead Temperature （焊接温度）:+300℃（10秒）电源电压范围：±10%Vin注意：如果超出上述范围，产品可能会引起永久性损坏。
4--20MA的AD转换
4～20mA输入的I/V转换前置处理电路作者：北京江雪山摘自：中电网在与电流输出的传感器接口的时候，为了把传感器(变送器)输出的l~l0mA或者4~20mA电流信号转换成为电压信号，往往都会在后级电路的最前端配置一个I/V转换电路，图1就是这种电路最简单的应用示意图。
仅仅使用一只I/V转换取样电阻，就可以把输入电流转换成为信号电压，其取样电阻可以按照Vin／I=R求出，Vin是单片机需要的满度A／D信号电压，I是输入的最大信号电流。
这种电路虽然简单，但是却不实用，首先，其实际意义是零点信号的时候，会有一个零点电流流过取样电阻，如果按照4~20mA输入电流转换到最大5V电压来分析，零点的时候恰好就是1V，这个1V在单片机资源足够的时候，可以由单片机软件去减掉它。
可是这样一来。
其有用电压就会剩下5-1=4V而不是5V了。
由于单片机的A／D最大输入电压就是单片机的供电电压，这个电压通常就是5V，因此，处理这种简单的输入转换电路时比较麻烦。
为了达到A／D转换的位数，就会导致芯片成本增加。
解决上面问题的简单方法是在单片机输入之前配置一个由运算放大器组成的缓冲处理电路，见图2。
增加这级运算放大器可以起到对零点的处理会变得更加方便，无需耗用单片机的内部资源，尤其单片机是采用A／D接口来接受这种零点信号不为零电压的输入时，可以保证A/D转换位数的资源能够全部应用于有用信号上。
以4～20mA例，图B中的RA0是电流取样电阻，其值的大小主要受传感变送器供电电压的制约，当前级采用24V供电时，RA0经常会使用500Ω的阻值，对应20mA的时候，转换电压为10V，如果仅仅需要最大转换电压为5V，可以取RA0=250Ω，这时候，传感变送器的供电只要12V就够用了。
因为即使传送距离达到1000米，RA0最多也就几百Ω而已。
．同时，线路输入与主电路的隔离作用，尤其是主电路为单片机系统的时候，这个隔离级还可以起到保护单片机系统的作用。
在4～20mA电流环中如何使用高压、大电流驱动放大器
输 出，实验 中采用了ＭＡＸ ９ ３ ９ ４ 运算放 扰 能 力 ，非常适 合嘈杂 的工业环 境 。 大器，文 中给出了测试数据 。
时 ，负载 阻抗 将明显减 小 。Ｖ 可以
Ｂ） ×Ｖｌ Ｒ Ｆ １ Ｒ２ ） ／ ＋Ｖ Ｅ ×（ 一（ ／Ｒ１ ×１ （） ２
与ＤＡ Ｃ 使用相 同的基准 电压 。这种情 （ Ｒ２ Ｒ， ） ＤＸ（ ＋ ） ）
（７ ０ Ｒ ， 钟 ） ３ ５ Ｖ ＭＳ 分
・ 内建 短路 保护 和故 障输 出 功能 ・过 流故 障 时输 出软 关 断及软 关 断时 间可 调功 能
图２采用另一个 电流环控制激励源的复杂系统
・过流故障保护后定时复位功能
・ 短路 检测 抑 制时 间（ 区） 功能 盲 可调 ・ 开关 频率 为２ ｋ ｚ ０Ｈ
・ 可驱 动６ ０ ／０ Ａ、 １０ Ｖ４ ０ 、 １０ Ｖ ０ Ｖ６ ０ ０ ／０ Ａ ０ ２ ７ ／０ Ａ 列 Ｉ Ｔ 块 ２０ 系 ＧＢ 模
自 混
图３利用Ｖ 转换器将Ｄ Ｃ 出转换为 负载 电流 Ｉ Ａ输
ＲｓＮ Ｅ ２． （ Ｅ ｓ ＝１ ５ ＲＬ Ａ ＝６ ０￣ ｏＤ ０
该 电路中 ，元件取值分别为
Ｒｌ ｋＱ ＝１ Ｒ， ０ ＝１ ｋＱ
２ 今１电子 ．２１年３ ８ ３ ０ｏ 月
ＱＰ Ｗ ０ Ｓ ３ （ ） １ ２ ５ 一７Ａ
・ 内部 集成 高 共模 抑制 Ｉ（ ＭＲ ） 耦 （ ； Ｃ Ｒ光 ＣＭＲ Ｌ ： 典 型 值 ：３ ｋ ／ｓ ０ Ｖｐ 。最 小值 ：１ ｋ ／ｓ ５Ｖｐ） ・ 自带 Ｄ ／Ｃ隔离 电源 ＣＤ ・输 入信 号 兼容 Ｃ ＭＯＳ １ｒ 电平 ＆Ｈ Ｌ ・输 入 、输 出 之间采 用 高隔 离 电压 光耦
4到20mA模拟输出应用笔记
4~20mA模拟输出（电流环）应用笔记bpesun@前言4-20mA.DC(1-5V.DC)信号制是国际电工委员会(IEC):过程控制系统用模拟信号标准。
在工业现场，如果采集的信号经调理后是电压信号并且进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输线会很容易就受到噪声的干扰；第二，传输线的分布电阻会产生电压降；第三，在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，工业现场大量采用电流来传输信号。
采用电流信号的原因是不容易受干扰。
并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。
上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警下限。
只所以没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0。
4～20mA电流环有两种类型：二线制和三线制。
当监控系统需要通过长线驱动现场的驱动器件如阀门等时，一般采用三线制变送器，这里电流输出模块位于监控的系统端，由系统直接向电流输出模块供电，供电电源是二根电流传输线以外的第三根线。
二线系统是电流输出模块和传感器位于现场端，由于现场供电困难，一般是接收端利用4～20mA的电流环线缆向远端的电流输出模块供电，通过4～20mA来反映信号的大小。
4～20mA产品的典型应用是传感和测量应用。
在工业现场有许多种类的传感器可以被转换成4～20mA的电流信号。
变送器的概念是将非标准电信号转换为标准电信号（0/4~20mA DC,1~5V DC,0~10V DC）的仪器。
传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称,通常由敏感元件和转换元件组成。
当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。
们讨论的两线制、三线制、四线制，是指各种输出为模拟直流电流信号的变送器。
4-20 ma电流环原理分析
4-20 ma电流环原理分析最近接触到的传感器比较多，大多数接口信号为4-20ma的电流信号。
于是查了一些资料，并不是太理想。
以下是参考了一些网上的观点，结合自己的理解，写的东西。
有不对的地方还请各位提出来，大家互相学习共同进步。
在工业现场，用一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，会产生以下问题：第一，由于传输的信号是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；第二，传输线的分布电阻会产生电压降；第三，在现场如何提供仪表放大器的工作电压也是个问题。
为了解决上述问题和避开相关噪声的影响，我们用电流来传输信号，因为电流对噪声并不敏感。
4～20mA的电流环便是用4mA表示零信号，用20mA表示信号的满刻度，而低于4mA高于20mA的信号用于各种故障的报警。
一般传感器会把一个物理信号利用电桥等转化为与之对应的电信号，比如电压或电流。
下面以一个恒流源电路来分析电压信号怎么产生与负载无关的电流信号，当然要产生4-20ma的电流信号，则把电压信号利用放大电路进行变换之后肯定是能做到的。
如果传感器直接出来的是电流信号，则可以先变为电压信号，再经过信号调理电路肯定还能转换到4-20ma的电流信号。
当然变换过程中的关系别人不需要知道。
但是自己得知道，上学期在做测量PH值信号好离子浓度信号的电路时我就是把中间的关系一步一步推出来，这样才能知道4ma的电流对应的物理量是多上，20ma的信号对应的物理量是多上。
废话太多了，下面看看这个恒流源电路吧这个电路叫郝兰德电路，是典型的电压电流转换电路。
其特点是负载电阻有一端接地(恒流源通常有这个要求)，而取样电阻两端均不接地。
之所以能够实现这个要求，关键就是上面一个运放和电阻的匹配。
上面一个运放显然是跟随器，其输入阻抗很高，可以看成开路，其输出阻抗很低，可以看成电压源，而电位与Rs右端相同。
这样就避免了R2中电流对输出的影响(R2不从输出端取用电流)。
利用运放的虚短和虚断可以退出加在RL两端的电压是 V*RL*R2/R1/RS,因此流过RL的电流IL为V/RS*R2/R1,与负载无关。
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4-20mA电流输出芯片比较
（1）TI公司4-20mA电流输出芯片比较
Precision Voltage-to-Current Converter/Transmitter NAME XTR110 XTR111 SUPPLY RANGE to 40V7V to 44V NONLINEARITY%% INPUT0V to +5V, 0V to +10V0 to 12V
OUTPUT 0mA to 20mA, 5mA to 25mA Outputs
Other Ranges
0mA–20mA, 4mA–20mA,
5mA–25mA AND VOLTAGE
OUTPUTS
Output Current Equation I O = 10 [(Vref In/16) + (VIN1/4) +
(VIN2/2)] /RSPAN
I O = 10 × Vvin/Rset
PROBABLE
PRICE
90元10元
XTR110应用电路
XTR111内部没有提供将0V输入转换成4mA输出的电路，最常用的方法是采用两个电阻网
络连接参考电压和输入信号进行分压输入
XTR111 应用电路
4-20mA CURRENT TRANSMITTER
with Sensor Excitation and Linearization NAME XTR105XTR112XTR114 SUPPLY RANGE to 36V
PRECISION CURRENT SOURCES
INPUT EXCITATION2- OR 3-WIRE RTD OPERATION
Output Current Equation IO = VIN (40/RG) + 4mA, VIN in Volts, RG in Input Offset V oltage VCM = 2V
PROBABLE PRICE25元50元60元
XTR105/XTR112/XTR114原理图
4-20mA Current-Loop Transmitter
NAME XTR115XTR116XTR117 SUPPLY RANGE to 36V to 40V VFOR SENSOR EXCITATION NC LOW QUIESCENT CURRENT200μA130A LOW SPAN ERROR%
LOW NONLINEARITY ERROR%
PROBABLE PRICE20元15元
XTR115/XTR116/XTR117原理图
RCV42——4-20mA电流转0-5V电压基本连接RCV42——4-20mA电流转0-5V电压实例
XTR101--Precision, Low Drift 4-20mA TWO-WIRE TRANSMITTER
XTR106-- 4-20mA CURRENT TRANSMITTER with Bridge Excitation and Linearization
XTR108-- 4-20mA, TWO-WIRE TRANSMITTER “Smart” Programmable with Signal
Conditioning
XTR300-- Industrial Analog Current/V oltage OUTPUT DRIVER
（2）AD公司4-20mA电流输出芯片比较
DAC and Current Transmitter
NAME AD420AD5412AD5422AD694 FUNCTION DAC4–20 mA Transmitter RESOLUTION161216-
SUPPL Y
RANGE
12-32V A VDD: A VSS:V to 36 V
INPUT16BIT
DIGITAL
Serial Input
12BIT
DIGITAL
Serial Input
16BIT
DIGITAL
Serial Input
Precalibrated Input
Ranges:
0 V to 2 V, 0 V to 10 V
OUTPUT 4 mA to 20 mA, 0
mA to 20 mA,
0 mA to 24 Ma
0 V to 5 V, 0 V to
10 V, ±5 V, ±10 V 4 mA to 20 mA, 0
mA to 20 mA,
0 mA to 24 mA
0 V to 5 V, 0 V to
10 V, ±5 V, ±10 V
4 mA to 20 mA, 0
mA to 20 mA,
0 mA to 24 mA
0 V to 5 V, 0 V to
10 V, ±5 V, ±10 V
4–20 mA, 0–20 mA
PROBABLE
PRICE
60元50元60元50元
AD420—standard configuration
AD5412/5422—in HART configuration AD694—standard configuration
（3）AMG公司4-20mA电流输出芯片比较
NAME DESCRIPTION PROBABL E PRICE
AM40050元AM46040元AM46240元
AM400—standard configuration AM460—standard configuration
AM462—standard configuration
另查过Linear和MAXIM公司无相关产品。