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ZHCAD68 September 2023 INA823 , OPA2387 , XTR115 , XTR116

2.3 4-20mA 電流環(huán)路變送器接口

4-20mA 電流環(huán)路變送器負(fù)責(zé)為所有電橋和 INA 電路供電，還負(fù)責(zé)提供精確的電流調(diào)節(jié)。該器件需要一些外部電路才能正常工作，如圖 2-5 所示。

圖 2-5 電流環(huán)路變送器周邊電路

XTR 5V 片上穩(wěn)壓器 (V_REG) 為 2A INA 供電，而 4.096V 精密基準(zhǔn) (V_REF) 為電橋和 INA 基準(zhǔn)分壓器供電。V_REG 可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)百 mV 的電壓偏移，具體取決于其灌電流或拉電流大小，因此當(dāng)需要精確的電壓時(shí)，務(wù)必使用 V_REF（請參閱 XTR116 數(shù)據(jù)表中的圖 6-5）。從 V_REG 或 V_REF 汲取的電流必須返回到本地接地引腳 (I_RET)。

電阻 R_IN1 和 R_IN2 負(fù)責(zé)將 INA 的輸出電壓轉(zhuǎn)換為可饋入 I_IN 引腳的電流。失調(diào)電流電阻 (R_OS) 用于為 I_IN 額外增加 20μA 電流，從而將輸入電流提升至所需的 40μA 至 200μA。XTR 提供增益 100，在輸出電流引腳上可以看到這一點(diǎn) (I_OUT = 100*I_IN)。電容器 C_IN 和 R_IN1 在 INA 的輸出端構(gòu)成一個(gè)低通濾波器，用以限制噪聲。這些無源器件的計(jì)算公式如下。

方程式 10.

R_{I N} = \frac{V_{I N_M A X} - V_{I N_M I N}}{I_{I N_M A X} - I_{I N_M I N}} = \frac{4 V}{160 μ A} = 25 k Ω

方程式 11.

I_{I N m i n} = 40 μ A = \frac{0.5 V}{25 k Ω} + \frac{4.096 V}{R_{o s}} \to R_{o s} = 204.8 k Ω

方程式 12.

{C l o s e s t s t a n d a r d r e s i s t o r v a l u e s ： R}_{I N 1} = 10.2 k Ω, R_{I N 2} = 14.7 k Ω, R_{o s} = 205 k Ω

方程式 13.

f_{C} = \frac{1}{2 π \times R \times C} = \frac{1}{2 π \times 10.2 k Ω \times 10 n F} \to f_{C} = 1.56 k H z

建議在環(huán)路電源電壓 (V+) 與輸出電流引腳 (I_OUT) 之間使用一個(gè) 10nF 去耦電容器 (C_S1)。電容器和輸出負(fù)載電阻形成低通濾波器，用于限制系統(tǒng)的帶寬。需要一個(gè)外部晶體管 (Q₁) 來傳導(dǎo)大部分輸出電流，以避免片上出現(xiàn)熱致誤差。在最大環(huán)路電壓和輸出電流下，該晶體管的功率耗散可接近 1W。要采取額外的保護(hù)措施，可以考慮使用二極管電橋和鉗位二極管，分別用于反向電壓和過壓浪涌保護(hù)。