在電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，4 - 20mA 發(fā)生電路是一種常用的電路類型，廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場等場景。目前，網(wǎng)絡(luò)上存在眾多關(guān)于 4 - 20mA 發(fā)生電路的設(shè)計(jì)方案，也有現(xiàn)成的芯片可供使用，例如 AD694，筆者曾有過使用這款芯片的經(jīng)歷。然而，大部分的電路或芯片與單片機(jī)部分未實(shí)現(xiàn)隔離，同時(shí)幾路 4 - 20mA 電路之間也缺乏隔離措施，這使得其在工業(yè)現(xiàn)場的穩(wěn)定性容易受到影響。
　　通過對他人的隔離卡電路進(jìn)行深入分析，我們得到了一種性能良好且成本較低的設(shè)計(jì)方案。該方案旨在提高 4 - 20mA 信號的穩(wěn)定性，采用光耦實(shí)現(xiàn)信號隔離，并借助 PWM 與 RC 濾波來獲得穩(wěn)定的直流輸出。
　　核心電路分析　　核心電路如下圖所示：

　　在這個(gè)電路中，光耦起到了關(guān)鍵的隔離作用，其左側(cè)與右側(cè)實(shí)現(xiàn)了有效的電氣隔離。光耦左側(cè)一般由單片機(jī)、CPLD、DSP 等控制設(shè)備連接。光耦 4 腳上的 V_ref 為 5V 的基準(zhǔn)源，這里可以選用如 TL431 等常見的基準(zhǔn)源芯片。運(yùn)放 3 腳的電壓由兩部分組成，一部分是光耦 3 腳輸出的 PWM 信號，另一部分是可調(diào)電阻 R57 的調(diào)節(jié)電壓。經(jīng)過后面兩組 RC 低通濾波處理后，得到穩(wěn)定的直流電壓，將該直流電壓除以電阻 R55 的值，即可得到輸出電流。
　　電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
　　可調(diào)電阻 R57 的作用：可調(diào)電阻 R57 在電路中主要用于提高基準(zhǔn)。在一些情況下，原先的電流輸出最低可能接近 0mA，通過合理調(diào)節(jié) R57，可以將輸出電流的下限提高到 4mA 左右。這樣的調(diào)整方式能夠簡潔地提高輸出精度，使得電路在實(shí)際應(yīng)用中能夠更準(zhǔn)確地輸出所需的電流信號。
　　相鄰電路地之間的連接：每組 4 - 20mA 電路都是相互隔離的，但需要注意的是，相鄰的 4 - 20mA 電路之間的兩個(gè)地需要跨接一個(gè)壓敏電阻。在實(shí)際測試過程中發(fā)現(xiàn)，如果不進(jìn)行這樣的連接，相鄰電路之間會產(chǎn)生干擾。雖然目前具體的干擾原因尚不清楚，但這一現(xiàn)象在實(shí)際測試中得到了驗(yàn)證。如果有讀者了解其中的原理，希望能夠分享交流。
　　電源隔離方案：對于電源隔離，可以直接購買現(xiàn)成的 DCDC 隔離芯片。例如，筆者使用的金升陽 A2412S - 1WR2，功率為 1W，價(jià)格大概十幾塊一片，能夠滿足一般的使用需求。如果考慮到成本因素，也可以使用變壓器來實(shí)現(xiàn)電源隔離，并且變壓器還可以同時(shí)輸出多路隔離電源。不過，變壓器的設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，由于筆者對變壓器設(shè)計(jì)不太熟悉，這里就不詳細(xì)展開討論了。