Токовая петля и АЦП, сопряжение сигнала 4-20 мА с АЦП Опции

[Evgenius_Alex]

Доброго времени суток!

Надеюсь вопрос достаточно простой и распространённый, с которым сталкивались многие.
Есть проблема сопряжения аналогового входа 4-20 мА с АЦП микроконтроллера.
Схема, по идее, должна обеспечивать защиту входа АЦП от перенапряжений и высокочастотных помех.
Схем, готовых сразу к промышленному использованию не нашёл.

Может кто даст советы, ссылки или может готовые решения данной задачи?

P.S. Желательно, на легкодоступных компонентах без специфических и дорогих микрохем.

Заранее спасибо за ответ!

[x-men]

Схема построена на "Low level FET" с низким пороговым напряжением. Работать в принципе будет.
Ограничитель в схеме необходим для защиты транзистора, т.к. такие "низкопороговые" транзисторы имеют небольшое допустимое напряжение сток-исток, как правило до 20В. Соответственно требование к ограничителю напряжения - напряжение от 10 до 18В, и не выше.
В датащите, приведенного выше, в качестве примера транзистора указано лишь минимальное значение порогового напряжения - 0,45 В. Если просмотреть описания аналогов, то окажется, что типовое значение порогового напряжения 0,7-0,75 В, а максимальное напряжение порога вообще не указывается. Можно предположить, что оно может достигать 0,9-1 В. Добавим к этому температурные отклонения этого напряжения хотя бы на уровне 0,2 В.
Все это выливается в разброс тока ограничения как минимум в 10мА. В принципе это приемлимо, лишь бы защита не срабатывала в некоторых случаях при токах рабочего диапазона петли.
При выборе ограничителя напряжения надо будет тоже все взвесить хорошенько.
При использовании самовосстанавливающегося предохранителя нужен мощный стабилитрон (скорее всего с мощностью 1 Вт), но у них как правило обратный ток не менее 5мкА. К примеру (для оценки допустимых утечек) - при допустимой основной погрешности устройства 0,1%, значение допустимой утечки, приведенное к значению 20 мА будет равно 20 мкА (если считать, что далее в схеме все идеально) .
При плавкой вставке можно использовать ограничительный диод, имеющий обратный ток не более 1 мкА, но появляется вопрос замены предохранителя и т.п. Работа ограничительного диода совместно с самовостанавливающимся предохранителем возможна, но максимальная постоянно допустимая мощность рассеивания для ограничительного диода не должна быть превышена.


В тему можно добавить и специализированные решения, например MAX14626, FP0100 (Supertex). Существуют и специальные ограничительные диоды со стабилизацией тока - данные о них я правда не сохранил. Значение диапазона тока ограничения у этих диодов, увы имеет достаточно большой разброс.
Здесь есть вариант решения от TI

[Plain]

максимальное напряжение порога вообще не указывается. Можно предположить, что оно может достигать 0,9-1 В

Там в наличии исключающие любое гадание исчерпывающие графики.

[x-men]

Там в наличии исключающие любое гадание исчерпывающие графики.

Вот еще графики - BSH103 (NXP), PMV30UN.
Прошу обратить внимание на значения порогового напряжения в табличках и на графиках - "Fig.8 Transfer characteristic; typical values." в первом примере и "Fig 6. Transfer characteristics: drain current as a function of gate-source voltage; typical values." во втором.

Тем не менее в общем идея с ограничителем тока мне тоже нравится, но с ним есть еще один небольшой недостаток. При отключенном устройстве контур токовой петли обрывается. При пассивном сигнале это означает, что датчик тоже отключается. В некоторых случаях это недопустимо.