在電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，4 - 20mA 發(fā)生電路的應(yīng)用十分廣泛。目前，網(wǎng)絡(luò)上存在眾多相關(guān)設(shè)計(jì)方案，同時(shí)也有現(xiàn)成的芯片可供選擇，例如 AD694，筆者曾有過使用這款芯片的經(jīng)驗(yàn)。不過，無論是采用電路設(shè)計(jì)還是使用芯片，大部分情況與單片機(jī)部分并未實(shí)現(xiàn)隔離，而且?guī)茁?4 - 20mA 電路之間也未進(jìn)行隔離處理。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的電磁環(huán)境下，這種未隔離的設(shè)計(jì)極易影響信號(hào)的穩(wěn)定性。
通過對(duì)他人的隔離卡電路進(jìn)行深入分析，我們得出了一種性能優(yōu)良且成本較低的設(shè)計(jì)方案。該方案是一種用于提高 4 - 20mA 信號(hào)穩(wěn)定性的低成本隔離電路設(shè)計(jì)，它利用光耦實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離，并通過 PWM 與 RC 濾波獲得穩(wěn)定的直流輸出。
核心電路如下：

其中，光耦左側(cè)與右側(cè)實(shí)現(xiàn)了有效的隔離。光耦左側(cè)通常由單片機(jī)、CPLD、DSP 等進(jìn)行控制。光耦 4 腳上的 V_ref 為 5V 的基準(zhǔn)源，可選用如 TL431 這類性能穩(wěn)定的基準(zhǔn)源芯片。運(yùn)放 3 腳的電壓由光耦 3 腳輸出的 PWM 和可調(diào)電阻 R57 兩部分共同組成，之后經(jīng)過后面兩組 RC 低通濾波處理，將得到的直流電壓除以 R55 即可得到輸出電流。
在該電路的設(shè)計(jì)和使用過程中，有以下幾點(diǎn)需要特別注意：

1. 可調(diào)電阻 R57 的作用：可調(diào)電阻 R57 主要用于提高基準(zhǔn)。在一些情況下，原先電流輸出的最低值可能在 0mA 左右，通過合理調(diào)節(jié) R57，可以將其提高到 4mA 左右。這樣做的好處是能夠簡(jiǎn)潔地提高輸出精度，使得電路輸出的電流信號(hào)更加準(zhǔn)確可靠。
2. 相鄰電路地之間的跨接處理：每組 4 - 20mA 電路雖然都實(shí)現(xiàn)了隔離，但相鄰的 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(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)，如果不進(jìn)行跨接，相鄰電路之間會(huì)產(chǎn)生干擾。目前對(duì)于具體的干擾原因尚未明確，希望有了解的人士能夠提供相關(guān)見解。
3. 電源隔離的選擇：電源隔離方面，既可以直接購(gòu)買現(xiàn)成的 DCDC 隔離芯片，功率為 1W 通常就能夠滿足需求。例如，筆者使用的金升陽(yáng) A2412S - 1WR2，價(jià)格大概在十幾塊一片。如果需要考慮成本因素，也可以使用變壓器來同時(shí)輸出多路隔離電源。不過，變壓器的設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，由于筆者對(duì)變壓器設(shè)計(jì)不太熟悉，在此就不做詳細(xì)闡述了。