在工業DAC系列的上一篇文章中，我們探討了如何創建和保護三線制工業模擬輸出。今天，我們將轉而研究二線制模擬輸出。

圖 1：典型二線制變送器簡圖

圖1為設計二線制模擬輸出常用方法的簡化電路圖。對于許多模擬工程師而言，二線制方法比三線制和四線制更難于理解。理解二線制電路的困難大多數源自變送器電路中缺少接地符號——對于大學電路課程而言似乎是“具有挑戰性的問題"。

為了更好地理解這一電路，圖2中使用了不同于電源接地的變送器接地符號，以及一些能夠實現電路轉換功能的電流電壓標記。

圖 2：典型二線制變送器分析

放大器A1的目的是根據需要對輸出進行調節，確保反相輸入和非反相輸入端的輸出相同。這樣一來，我們可以假設在正常工作情況下，V+與V-是相同的。由于V-與接地回路相連，V+電位也是零地電位。

因為V+為地回路或0V，我們可以很容易地定義流過R1和R2的電流，如圖2所示。假設A1為理想放大器，所有電流之和為i1,，其定義為以下公式。

A1驅動BJT Q1，使通過R4的部分電流與設計中所有元件的返回電流形成圖2中注為i2的電流。記住為了符合通用的4-20mA通信標準，設計中所有元件消耗的電流必須＜4mA。

考慮到R3與R4低側連接到相同的節點，而每個電阻的高側連接到A1的輸入端（肯定具有相同的電壓電位），可以推斷出R3與R4的電壓降肯定相同。我們可以據此計算i2,的值，如以下公式所示：

很容易得出i2僅僅為i1根據R3和R4比值決定。這一電流增益非常有用，因為它允許有利的DAC和穩壓器輸出的高阻抗負載情況，使得大多數輸出電流直接來自回路而非變送器本身。

i1與i2合在一起形成輸出電流，或Iout。下面的公式總結了這種關系，簡化了實現系統轉換功能的結果。

DAC應當根據DC的精度選擇，DC精度可以根據數據表中的靜態指標和消耗電流得出。比較適合二線制變送器設計的DAC有：

DAC8411,DAC8311,DAC7311,DAC6311,DAC5311

DAC8830

DAC7513

DAC8551,DAC7551

放大器選擇應當首先考慮低輸入失調電壓和低輸入偏置電流，因為這兩個參數會影響理想的轉換功能。和選擇DAC一樣，放大器消耗的電流應盡可能低。以下是一些較好的選擇：

OPA317

OPA330

OPA333

OPA334

OPA335

在下月的文章中，我們將探討設計二線制變送器保護解決方案。

其他信息：

欲了解關于元件選擇、PCB布局和分立二線制變送器設計示例測量結果的更多信息，參見TIPD158。還可以查看實施的個工業完整DAC宏模型。

如果在調試二線制變送器時，在本文中找不到解決方法，建議查看我的同事Collin Wells關于此類設計的常見問題的系列文章。