모든 공정 제어 시스템에서 센서 트랜스미터는 압력과 온도의 데이터를 유량 및 레벨로 수집하여 이 정보를 PLC(Programmable Logic Controller) 또는 분산 제어 시스템으로 전달합니다.

이 트랜스미터는 컨트롤러에 데이터를 전송하기 위해 4mA~20mA 신호에 의존합니다. IO-Link 및 Profibus와 같은 표준이 등장하고 있지만 4mA~20mA는 장거리 복구 성능, 안정성, 잡음에 대한 내성 및 모든 PLC 시스템과의 범용 호환성을 제공합니다.

이 문서에서는 카탈로그 반도체 제품을 사용하여 이 트랜스미터 유형을 구현하기 위한 4mA~20mA 트랜스미터 구조, 작동 원리 및 설계 대안을 소개합니다.

4mA~20mA 송신기는 4, 3, 2 와이어 등 전원과 와이어 수에 따라 분류됩니다. 이 글에서는 2선 유형에 대해 중점적으로 다룹니다.

그림 1의 2선 필드 트랜스미터는 필드 공급 장치 및 아날로그 입력 모듈에 연결하여 전류 루프를 형성합니다. 필 드 트랜스미터의 첫 번째 서브시스템은 감지 서브시스템으로, 물리적 센서에 연결하여 출력을 조정하며, 신호를 선형화 및 보정을 포함한 처리를 위해 디지털 코드로 변환합니다. 두 번째 서브시스템은 전송 서브시스템으로, 루프에서 전력을 추출하여 트랜스미터에 전원을 공급하고, 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하여 처리 데이터를 전송하고, 루프 전류를 제어합니다. 트랜스미터는 루프 내에서 전류를 조정하여 전압 제어 전류 소스 역할을 하여 신호를 전송합니다.

그림 2에서, N-채널 P-채널 N-채널(NPN) 트랜지스터 소스를 사용하고 전류를 조정하며, 베이스 채널은 DAC(디지털-아날로그 컨버터)로 구동되는 증폭기를 통해 제어됩니다. 넓은 입력 전압 저손실(LDO) 레귤레이터는 루프 전압을 트랜스미터 공급 수준으로 낮추며 여러 구성 요소에 전원을 공급합니다. DAC에 통합 레퍼런스가 없는 경우 전압 레퍼런스를 사용할 수 있으며, HART(Highway Addressable Remote Transducer) 지원 트랜스미터에는 HART 모뎀이 필요합니다.

작동 원리는 아주 간단합니다. 연산 증폭기의 두 입력을 가상 로컬 접지로 유지합니다. R1이 유지하는 전압이 무엇이든 Rsense도 유지됩니다. Rsense는 적절한 스케일링을 통해 R1 전류의 스케일링된 버전을 전달합니다. Rsense 전류가 필드 트랜스미터의 거의 전체 전류임을 고려할 때(그림 2에 나와 있지 않은 감지 부품의 경우에도) DAC 출력은 전체 트랜스미터 전류를 제어합니다. NPN 트랜지스터와 증폭기 루프는 필요한 출력 전류를 달성하기 위해 트랜스미터 자체에서 사용하는 모든 전류를 보완하기 위해 필요한 전류를 바이패스합니다.