实用隔离型 4 - 20mA 发生电路：设计方案与要点解析

在电路设计领域，4 - 20mA 发生电路的应用十分广泛。目前，网络上存在众多相关设计方案，同时也有现成的芯片可供选择，例如 AD694，笔者曾有过使用这款芯片的经验。不过，无论是采用电路设计还是使用芯片，大部分情况与单片机部分并未实现隔离，而且几路 4 - 20mA 电路之间也未进行隔离处理。在工业现场复杂的电磁环境下，这种未隔离的设计极易影响信号的稳定性。
通过对他人的隔离卡电路进行深入分析，我们得出了一种性能优良且成本较低的设计方案。该方案是一种用于提高 4 - 20mA 信号稳定性的低成本隔离电路设计，它利用光耦实现信号隔离，并通过 PWM 与 RC 滤波获得稳定的直流输出。
核心电路如下：

其中，光耦左侧与右侧实现了有效的隔离。光耦左侧通常由单片机、CPLD、DSP 等进行控制。光耦 4 脚上的 V_ref 为 5V 的基准源，可选用如 TL431 这类性能稳定的基准源芯片。运放 3 脚的电压由光耦 3 脚输出的 PWM 和可调电阻 R57 两部分共同组成，之后经过后面两组 RC 低通滤波处理，将得到的直流电压除以 R55 即可得到输出电流。
在该电路的设计和使用过程中，有以下几点需要特别注意：

1. 可调电阻 R57 的作用：可调电阻 R57 主要用于提高基准。在一些情况下，原先电流输出的最低值可能在 0mA 左右，通过合理调节 R57，可以将其提高到 4mA 左右。这样做的好处是能够简洁地提高输出精度，使得电路输出的电流信号更加准确可靠。

2. 相邻电路地之间的跨接处理：每组 4 - 20mA 电路虽然都实现了隔离，但相邻的 4 - 20mA 电路之间的两个地需要跨接一个压敏电阻。在实际测试过程中发现，如果不进行跨接，相邻电路之间会产生干扰。目前对于具体的干扰原因尚未明确，希望有了解的人士能够提供相关见解。

3. 电源隔离的选择：电源隔离方面，既可以直接购买现成的 DCDC 隔离芯片，功率为 1W 通常就能够满足需求。例如，笔者使用的金升阳 A2412S - 1WR2，价格大概在十几块一片。如果需要考虑成本因素，也可以使用变压器来同时输出多路隔离电源。不过，变压器的设计相对复杂，由于笔者对变压器设计不太熟悉，在此就不做详细阐述了。