德州儀器 XTR115 和 XTR116：4 - 20mA 電流環(huán)路變送器的卓越之選

在工業(yè)過程控制、智能傳感器等領(lǐng)域，4 - 20mA 電流環(huán)路變送器是不可或缺的關(guān)鍵組件。德州儀器（TI）的 XTR115 和 XTR116 就是這類產(chǎn)品中的佼佼者，它們?yōu)?a href="http://m.makelele.cn/analog/" target="_blank">模擬信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸提供了可靠的解決方案。

文件下載：XTR116U.pdf

一、產(chǎn)品概述

XTR115 和 XTR116 是精密電流輸出轉(zhuǎn)換器，專門用于在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電流環(huán)路上傳輸 4 - 20mA 的模擬信號(hào)。它們具備精確的電流縮放和輸出電流限制功能，能確保信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和穩(wěn)定性。這兩款產(chǎn)品除了參考電壓輸出不同（XTR115 為 2.5V，XTR116 為 4.096V）外，其他方面基本相同，以下將它們統(tǒng)稱為 XTR115/6。

二、產(chǎn)品特性

低靜態(tài)電流

靜態(tài)電流僅 200μA，這意味著在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，它消耗的能量較少，有助于降低整體功耗，提高系統(tǒng)的能源效率。

集成 5V 穩(wěn)壓器

為外部電路提供穩(wěn)定的 5V 電源，方便用戶連接和驅(qū)動(dòng)其他外部設(shè)備，無需額外的電源模塊，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

高精度參考電壓

XTR115 提供 2.5V 的參考電壓，XTR116 提供 4.096V 的參考電壓，可用于傳感器激勵(lì)或偏移，為傳感器提供穩(wěn)定的激勵(lì)電壓，確保傳感器的準(zhǔn)確測(cè)量。

低誤差

具有低跨度誤差（0.05%）和低非線性誤差（0.003%），能夠保證輸出電流的高精度和線性度，使信號(hào)傳輸更加準(zhǔn)確可靠。

寬環(huán)路電源范圍

環(huán)路電源范圍為 7.5V 至 36V，適應(yīng)不同的電源環(huán)境，增強(qiáng)了產(chǎn)品的通用性和適應(yīng)性。

小封裝

采用 SO - 8 封裝，體積小巧，節(jié)省電路板空間，適合在小型化設(shè)備中使用。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

2 線 4 - 20mA 電流環(huán)路變送器

作為核心組件，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、過程控制等領(lǐng)域。

智能變送器

為智能傳感器提供精確的電流輸出，實(shí)現(xiàn)傳感器與控制系統(tǒng)之間的可靠通信。

工業(yè)過程控制測(cè)試系統(tǒng)

確保測(cè)試系統(tǒng)中信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸和控制，提高測(cè)試的精度和可靠性。

兼容 HART 調(diào)制解調(diào)器

可與 HART 通信協(xié)議配合使用，實(shí)現(xiàn)智能通信和遠(yuǎn)程配置，方便用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理。

電流放大器和電壓 - 電流放大器

將輸入的電壓或電流信號(hào)進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

四、技術(shù)參數(shù)

輸出電流

輸出電流線性范圍為 0.25mA 至 32mA，可通過公式 (IO = I{IN} cdot 100) 進(jìn)行計(jì)算，其中 (I_{IN}) 為輸入電流。

誤差指標(biāo)

跨度誤差在 - 40°C 至 + 85°C 溫度范圍內(nèi)為 ±0.05%，非線性誤差在輸入電流為 250μA 至 25mA 時(shí)為 ±0.003%。

輸入?yún)?shù)

偏移電壓在 - 40°C 至 + 85°C 溫度范圍內(nèi)為 ±100μV 至 ±500μV，偏置電流噪聲在 0.1Hz 至 10Hz 范圍內(nèi)為 ±0.1pA/°C。

動(dòng)態(tài)響應(yīng)

小信號(hào)帶寬為 380kHz，壓擺率為 3.2mA/μs，能夠快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化。

參考電壓和穩(wěn)壓器

參考電壓的精度在 - 40°C 至 + 85°C 溫度范圍內(nèi)為 ±0.05% 至 ±0.5%，穩(wěn)壓器輸出電壓為 5V，精度在 - 40°C 至 + 85°C 溫度范圍內(nèi)為 ±0.05mV/°C。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

外部晶體管選擇

XTR115/6 需要外接晶體管來承載大部分的滿量程輸出電流。在選擇晶體管時(shí)，要考慮其電壓、電流和功率額定值，推薦使用 NPN 晶體管，如 2N4922、TIP29C、TIP31B 等。同時(shí)，為了減少晶體管發(fā)熱對(duì) XTR115/6 的影響，應(yīng)將晶體管遠(yuǎn)離敏感的模擬電路，并采取適當(dāng)?shù)纳岽胧?/p>

最小輸出電流

XTR115/6 的靜態(tài)電流（典型值為 200μA）是其輸出電流的下限。當(dāng)輸入電流為零時(shí)，輸出電流等于靜態(tài)電流。只有當(dāng)輸入電流大于靜態(tài)電流的 1/100 時(shí)，輸出電流才會(huì)開始增加。此外，從 (V{REF}) 或 (V{REG}) 吸取的電流會(huì)增加最小輸出電流。

輸入偏移

通過從 (V{REF}) 連接合適的電阻或在輸入驅(qū)動(dòng)電路中產(chǎn)生偏移，可以產(chǎn)生 4mA 的低量程電流。例如，使用 62.5kΩ 的電阻可以從 2.5V 的 (V{REF}) 產(chǎn)生 40μA 的輸入電流，從而實(shí)現(xiàn) 4mA 的低量程輸出。

最大輸出電流

XTR115/6 能夠提供高達(dá) 25mA 的準(zhǔn)確線性輸出，內(nèi)部電路將輸出電流限制在約 32mA，以保護(hù)變送器和環(huán)路電源/測(cè)量電路。如果需要擴(kuò)展輸出電流范圍，可以通過在引腳 3 和引腳 5 之間連接外部電阻來改變電流限制值，但要注意輸出電流超過 45mA 可能會(huì)導(dǎo)致永久性損壞。

反向電壓保護(hù)

XTR115/6 的低合規(guī)電壓額定值（7.5V）允許使用各種電壓保護(hù)方法。例如，使用二極管橋電路可以在電壓連接線路反轉(zhuǎn)時(shí)仍能正常工作，但會(huì)導(dǎo)致約 1.4V 的環(huán)路電源電壓損失；在環(huán)路電源電壓和 V + 引腳之間串聯(lián)一個(gè)二極管可以防止反向輸出連接線路，僅造成 0.7V 的環(huán)路電源電壓損失。

過電壓浪涌保護(hù)

遠(yuǎn)程連接的電流變送器可能會(huì)受到電壓浪涌的影響，因此需要采取過電壓浪涌保護(hù)措施?？梢赃x擇低電壓額定值的齊納二極管或浪涌鉗位二極管進(jìn)行保護(hù)，例如 36V 的保護(hù)二極管可以在正常環(huán)路電壓下確保變送器正常工作，同時(shí)提供適當(dāng)?shù)睦擞勘Ｗo(hù)。

射頻干擾

電流環(huán)路的長(zhǎng)導(dǎo)線容易引入射頻干擾，可能導(dǎo)致輸出電流不穩(wěn)定?？梢栽?(V_{REF}) 引腳添加電容負(fù)載，并采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償方案來確保穩(wěn)定運(yùn)行。

六、封裝與訂購信息

XTR115 和 XTR116 提供多種封裝選項(xiàng)，如 SOIC - 8 封裝。訂購時(shí)需要注意產(chǎn)品的狀態(tài)（如 ACTIVE 表示推薦用于新設(shè)計(jì)）、環(huán)保計(jì)劃（如 RoHS & Green）、引腳數(shù)、包裝數(shù)量等信息。

七、總結(jié)

德州儀器的 XTR115 和 XTR116 4 - 20mA 電流環(huán)路變送器以其高精度、低功耗、寬電源范圍等優(yōu)點(diǎn)，成為工業(yè)應(yīng)用中模擬信號(hào)傳輸?shù)睦硐脒x擇。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇外部晶體管、考慮輸入偏移、輸出電流范圍等因素，并采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用 XTR115/6 過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。