4-20mA兩線制解決方案常作為信號(hào)輸出接口，為了實(shí)現(xiàn)高精度（0.1%/0.01%）的4-20mA輸出，本方案使用了DAC芯片（PAC）GP8102SL和GP8212SL，可以將PWM信號(hào)和I2C信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA電流輸出。

此方案有三部分電路組成，穩(wěn)壓電路、GP8102SL芯片、4-20mA電流采樣反饋電路。穩(wěn)壓電路保證不同的輸入電壓（24V）條件下輸出4-20mA電流保持穩(wěn)定，輸入的供電電源范圍14V-32V；GP8102SL內(nèi)置12BIT DAC可以將PWM信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流輸出；電流采樣反饋電路采集輸出電流進(jìn)行反饋，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的4-20mA電流兩線制輸出。

圖一是傳感器應(yīng)用中，GP8102SL實(shí)現(xiàn)4-20mA輸出，并且輸出5V給前級(jí)MCU供電。保證整體靜態(tài)功耗小于4mA。

方案特點(diǎn)：

供電電壓范圍寬：14V-32V

內(nèi)置DAC高精度輸出：0.1%

低溫漂：50ppm/℃

圖一

圖二是基于I2C接口DAC芯片GP8212SL的4-20mA兩線制解決方案。由于其內(nèi)置了15bit的DAC，其精度可以實(shí)現(xiàn)0.01%線性度。

圖二

圖三是一般的設(shè)備使用的隔離型二線制4-20mA接口，前級(jí)只需要將PWM通過(guò)光耦隔離后送到后級(jí)，后級(jí)的電路直接實(shí)現(xiàn)4-20mA電流輸出，此方案通過(guò)隔離的方式，可以確保主系統(tǒng)的安全，不受到后級(jí)電路所面臨的各種干擾與損壞。

圖三

圖四原理說(shuō)明：

首先系統(tǒng)的輸出總電流為I_total=I5+I6，由于R1=100Ω，R4=750KΩ，即I5是I6的7500倍，所以I6可以忽略。即輸出電流就等于經(jīng)過(guò)電阻R1的電流I5。而I5等于各路內(nèi)部浮地電流的匯總，I5=I1+I2+I3+I4。在4-20mA調(diào)節(jié)過(guò)程中，I1、I3、I4電流基本不變，主要通過(guò)I2來(lái)調(diào)節(jié)。I2的電流最大時(shí)接近20mA，所以串接R0電阻330Ω進(jìn)行散熱，此電阻上最大承受的功率是0.132W，所以R0必須選擇1206以上的封裝，此電阻的精度要求±10%即可。

運(yùn)放LM321的作用是將流過(guò)R1的電流所產(chǎn)生的壓降放大2倍后反饋到GP8102SL的第六腳FB，進(jìn)行反饋，保證閉環(huán)的穩(wěn)定性。

穩(wěn)壓電路的作用是在內(nèi)部浮地和VDD之間產(chǎn)生10V左右的電壓，保證芯片工作在穩(wěn)定的電壓條件下。在24V供電條件下，作為驅(qū)動(dòng)的NMOS Q1功率最大時(shí)會(huì)承受約0.24W，如果電壓越高則功率越大，推薦選擇SOT223以上的封裝，并且NMOS的閾值選在2V~3V。

由于電阻、運(yùn)放等參數(shù)上的誤差，為了獲得高精度的輸出，一般需要單片機(jī)對(duì)PWM做4mA和20mA兩點(diǎn)校準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后可以達(dá)到0.1%的精度。如果需要獲得0.01%精度的產(chǎn)品，可以選擇客益電子GP8212SL芯片實(shí)現(xiàn)，內(nèi)置15bit DAC。

電容C0和C1為兩個(gè)電容器，其中C0為瓷片電容，C1為電解電容。均選擇22uF以上。

圖四