電路功能與優(yōu)勢(shì)
　　在許多過(guò)程控制應(yīng)用中，經(jīng)常使用兩線式電流發(fā)射器在高噪聲環(huán)境中傳輸模擬信號(hào)。這些電流發(fā)射器的零電平信號(hào)電流為4 mA，滿量程信號(hào)電流為20 mA，因此得名“4 mA至20 mA轉(zhuǎn)換器”。本文所述電路提供一種具有16位分辨率和單調(diào)性的低功耗電流發(fā)射器，它直接采用4 mA至20 mA控制環(huán)路電源供電，功耗低于4 mA。功耗高于4 mA的發(fā)射器無(wú)法直接采用環(huán)路電源供電，因而需要一個(gè)附加電源。
　
電路描述
　　本電路將AD5662 nanoDAC轉(zhuǎn)換器用作控制器，提供4 mA至20 mA可編程輸出電流。環(huán)路電流通過(guò)測(cè)量RS上的壓降VOUT進(jìn)行檢測(cè)。如果DAC輸出為0 V，則電流
　　
　　流經(jīng)R2和R3，迫使PCB地電壓比RS負(fù)載端測(cè)得的電壓正值高出349 mV。這相當(dāng)于環(huán)路電流
　　
　　當(dāng)DAC輸出5 V滿量程電壓時(shí)，流經(jīng)R2的電流為
　　
　　流經(jīng)R1的電流為
 　
　　因此，流經(jīng)R3的電流為
 　
　　這就迫使RS上的電壓VOUT等于
　
　　圍繞AD8627的反饋環(huán)路迫使其同相輸入端的電壓等于PCB地電壓。因此，輸出電流與數(shù)字碼成正比。AD8627調(diào)節(jié)DAC輸出電流，以滿足其同相節(jié)點(diǎn)上的電流求和條件。輸出電流可通過(guò)以下公式計(jì)算：
 　
　　對(duì)于圖1所示的值：
　　
　　其中 0 ≤ D ≤ 65,535。當(dāng)AD5662的數(shù)字碼等于0xFFFF時(shí)，本電路提供20.9 mA滿量程輸出電流。同樣，當(dāng)AD5662的數(shù)字碼等于0x0000時(shí)，輸出電流將為3.49 mA。擴(kuò)展電流范圍（3.49 mA至20.9 mA）允許用戶利用軟件和AD5662的16位分辨率校準(zhǔn)4 mA至20 mA范圍。本電路需要使用肖特基二極管，以防止環(huán)路電源上電瞬態(tài)將AD8627的同相輸入端拉至反相輸入端300 mV以下。該肖特基二極管必須能夠處理至少20 mA的全環(huán)路負(fù)載。

圖1.可編程4 mA至20 mA過(guò)程控制器（原理示意圖）

　　控制器的偏置電壓由5 V精密基準(zhǔn)電壓源ADR02提供，而且本電路無(wú)需外部調(diào)整，因?yàn)锳DR02的初始輸出電壓容差很小，并且AD8627和AD5662的電源電流很低。
　
　　容許的環(huán)路電源限值由ADR02的最小輸入電壓(7 V)和最大輸入電壓(36 V)設(shè)置。25°C時(shí)2N3904的最大容許功耗為625 mW，因此如果環(huán)路電源超過(guò)約30 V，必須使用更高功耗的晶體管。添加適當(dāng)?shù)慕祲弘娮?，并與2N3904的集電極串聯(lián)，可以降低2N3904的功耗。
　
常見(jiàn)變化
　　這款基本電路比較靈活，可以使用多種不同的基準(zhǔn)電壓源、電壓輸出DAC和運(yùn)放。需要考慮的是基準(zhǔn)電壓源的精度，DAC的分辨率和放大器的失調(diào)電壓。主要要求是整個(gè)電路必須工作在環(huán)路電壓下，并且靜態(tài)電流小于4mA(DAC碼0x0000)。
　
進(jìn)一步閱讀
　　Voltage Reference Wizard Design Tool.
　
數(shù)據(jù)手冊(cè)和評(píng)估板
　　AD5662 Data Sheet.
　　AD8627 Data Sheet.
　　ADR02 Data Sheet.
　
修訂歷史
　　5/09—Rev. 0 to Rev. A
　　Updated Format ............................................................ Universal
　　10/08—Revision 0: Initial Version