在工业自动化领域，两线制 4~20mA 变送器是一种常见且重要的设备，它能够将各种物理量转换为标准的电流信号进行传输。此前，博主 “24c01 硬件电子” 已经撰写了许多关于 4~20mA 电路的内容，堪称全网写恒流源数一数二的博主。不过，对于两线制的 4~20mA 电路，博主接触相对较少，也未曾做过相关设计。但通过网络冲浪以及抄板等方式，博主总结了一些相关的设计经验。本期内容将对当前常见的两线制恒流源类型进行总结。
一、早期常见结构：电流拆分型
种类型是早期比较常见的结构，这是在拆解压力变送器时发现的。其设计思路较为简单，就是将电流进行拆分。具体来说，通过一路固定死的恒流源为 MCU 和显示背光等外设供电，然后由 MCU 控制另外一路可调恒流源消耗掉额外的电流。在这种设计中，需要特别注意的是，MCU 和外设所需的电流必须小于路固定死的恒流源电流值。
然而，这种电路存在一定的缺点。其主要问题在于路恒流源，它的温漂较大程度上会影响终的环路输出精度。而第二路可调恒流源，实际使用中精度还算可观。如果采用 LM317 搭建路恒流源，可能会略显粗糙。若想要实现高精度输出，就一定要设计好路固定恒流源。
二、主流拓扑：浮地参考点型
第二种类型是目前主流的拓扑结构，采用了浮地参考点的思路。即电路板的 GND 与外部供电的负极不在同一电位，通过采样电阻连接。这样一来，电路板上所有的电流都会流过采样电阻，终流到外部电源。而这个采样电阻会将电流信息反馈给由运算放大器组成的恒流源。MCU 可以通过控制恒流源消耗掉额外的电流，从而实现两线制恒流电流输出。
不过，之前分享的这个两线制恒流源电路并非十分完美。博主认为，浮地式恒流源的理想状态应该是反相输入端接地，然后将采样电阻下端的电压通过电阻反馈到同相输入端。这种反馈形式在各大主流厂商的产品中较为常见，例如纳芯微的 NSC2860X 以及德州仪器的一些参考手册中都采用了这种结构。采用这种结构，精度会比之前的电路更好控制。
三、与 HART 组合
两线制的恒流源还可以和 HART（高速可寻址远程传感器数据公路）进行组合。这样既能输出模拟量（4~20mA），也能输出数字量（HART）。虽然 HART 输出的波特率只有 1200bps，但它是一种不错的工业现场节省布线的方案。使用 HART 时，只需要把交流分量耦合到恒流源即可。博主表示下期将撰写带 HART 的两线制恒流源的电路图方案。
四、总结与注意事项
这几种方案都有各自的适用场合。对于精度要求较高的场合，不建议使用种方案。在设计两线制 4~20mA 的设备时，重要的是要做好低功耗设计，对功耗进行严格把控。如果负载（如 MCU、传感器显示器等）对功耗要求不高，在电源上可以采用 LDO（低压差线性稳压器）形式的结构；如果对功耗要求比较高，则可以使用 DC - DC 结构，但需要注意选取效率高的 DC - DC，否则可能会出现无法输出电流（报警电流）的情况。
综上所述，在设计两线制 4~20mA 变送器时，需要根据具体的应用场景和需求，选择合适的设计方案，并充分考虑各种注意事项，以确保变送器能够稳定、准确地工作。
