工业数字模拟转换器：如何设计二线制变送器
在工业dac系列的上一篇文章中，我们探讨了如何创建和保护三线制工业模拟输出。今天，我们将转而研究二线制模拟输出。
图 1：典型二线制变送器简图
图1为设计二线制模拟输出最常用方法的简化电路图。对于许多模拟工程师而言，二线制方法比三线制和四线制更难于理解。理解二线制电路的困难大多数源自变送器电路中缺少接地符号——对于大学电路课程而言似乎是“具有挑战性的问题”。
为了更好地理解这一电路，图2中使用了不同于电源接地的变送器接地符号，以及一些能够实现电路转换功能的电流电压标记。
图 2：典型二线制变送器分析
放大器a1的目的是根据需要对输出进行调节，确保反相输入和非反相输入端的输出相同。这样一来，我们可以假设在正常工作情况下，v+与v-是相同的。由于v-与接地回路相连，v+电位也是零地电位。
因为v+为地回路或0v，我们可以很容易地定义流过r1和r2的电流，如图2所示。假设a1为理想放大器，所有电流之和为i1,，其定义为以下公式。
a1驱动bjt q1，使通过r4的部分电流与设计中所有元件的返回电流形成图2中注为i2的电流。记住为了符合通用的4-20ma通信标准，设计中所有元件消耗的电流必须＜4ma。
考虑到r3与r4低侧连接到相同的节点，而每个电阻的高侧连接到a1的输入端（肯定具有相同的电压电位），可以推断出r3与r4的电压降肯定相同。我们可以据此计算i2,的值，如以下公式所示：
很容易得出i2仅仅为i1根据r3和r4比值决定。这一电流增益非常有用，因为它允许有利的dac和稳压器输出的高阻抗负载情况，使得大多数输出电流直接来自回路而非变送器本身。
i1与i2合在一起形成输出电流，或iout。下面的公式总结了这种关系，简化了实现系统转换功能的结果。
dac应当根据dc的精度选择，dc精度可以根据数据表中的静态指标和最低消耗电流得出。比较适合二线制变送器设计的dac有：
dac8411,dac8311,dac7311,dac6311,dac5311
dac8830
dac7513
dac8551,dac7551
放大器选择应当首先考虑低输入失调电压和低输入偏置电流，因为这两个参数会影响理想的转换功能。和选择dac一样，放大器消耗的电流应尽可能低。以下是一些较好的选择：
opa317
opa330
opa333
opa334
opa335
在下月的文章中，我们将探讨设计二线制变送器保护解决方案。
其他信息：
欲了解关于元件选择、pcb布局和分立二线制变送器设计示例测量结果的更多信息，参见tipd158。还可以查看实施的第一个工业完整dac宏模型。
如果在调试二线制变送器时，在本文中找不到解决方法，建议查看我的同事collin wells关于此类设计的常见问题的系列文章。
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因为v+为地回路或0v，我们可以很容易地定义流过r1和r2的电流，如图2所示。假设a1为理想放大器，所有电流之和为i1,，其定义为以下公式。
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考虑到r3与r4低侧连接到相同的节点，而每个电阻的高侧连接到a1的输入端（肯定具有相同的电压电位），可以推断出r3与r4的电压降肯定相同。我们可以据此计算i2,的值，如以下公式所示：
很容易得出i2仅仅为i1根据r3和r4比值决定。这一电流增益非常有用，因为它允许有利的dac和稳压器输出的高阻抗负载情况，使得大多数输出电流直接来自回路而非变送器本身。
i1与i2合在一起形成输出电流，或iout。下面的公式总结了这种关系，简化了实现系统转换功能的结果。
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