在電路設計領域，4 - 20mA 發(fā)生電路的應用十分廣泛。目前，網(wǎng)絡上存在眾多相關設計方案，同時也有現(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。不過，無論是采用電路設計還是使用芯片，大部分情況與單片機部分并未實現(xiàn)隔離，而且?guī)茁?4 - 20mA 電路之間也未進行隔離處理。在工業(yè)現(xiàn)場復雜的電磁環(huán)境下，這種未隔離的設計極易影響信號的穩(wěn)定性。
通過對他人的隔離卡電路進行深入分析，我們得出了一種性能優(yōu)良且成本較低的設計方案。該方案是一種用于提高 4 - 20mA 信號穩(wěn)定性的低成本隔離電路設計，它利用光耦實現(xiàn)信號隔離，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，光耦左側與右側實現(xiàn)了有效的隔離。光耦左側通常由單片機、CPLD、DSP 等進行控制。光耦 4 腳上的 V_ref 為 5V 的基準源，可選用如 TL431 這類性能穩(wěn)定的基準源芯片。運放 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。
在該電路的設計和使用過程中，有以下幾點需要特別注意：

1. 可調(diào)電阻 R57 的作用：可調(diào)電阻 R57 主要用于提高基準。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潔地提高輸出精度，使得電路輸出的電流信號更加準確可靠。
2. 相鄰電路地之間的跨接處理：每組 4 - 20mA 電路雖然都實現(xiàn)了隔離，但相鄰的 4 - 20mA 電路之間的兩個地需要跨接一個壓敏電阻。在實際測試過程中發(fā)現(xiàn)，如果不進行跨接，相鄰電路之間會產(chǎn)生干擾。目前對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見解。
3. 電源隔離的選擇：電源隔離方面，既可以直接購買現(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 A2412S - 1WR2，價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輸出多路隔離電源。不過，變壓器的設計相對復雜，由于筆者對變壓器設計不太熟悉，在此就不做詳細闡述了。