一种具有高精度可自检的4-20mA输出电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及电路应用技术领域，具体地说，涉及一种具有高精度可自检的4-20mA输出电路。
【背景技术】
[0002]在工业场合大多监控设备都会有标准的4_20mA输出接口，将现场采集的各种信号实时变送输出给PLC、DCS等控制系统，以实现过程控制的目的。4-20mA作为重要的联络信号，其可靠性、精度、高低温性能都会直接影响整个过程控制系统的可靠性，可以说精度越高，系统越可靠。
[0003]市面上监控设备受整体成本和体积等因素影响，一般4_20mA输出精度等级不高，大多仅能实现1%的精度等级，好一些的能达到0.5%的精度等级，能达到0.2%精度等级的都是非常高端昂贵的仪表，这主要是受以下3方面的局限:
[0004](1)当输出信号要求精度较高时，D/A的位数也将随之增加。根据工程经验，通常在工业仪表中D/A增加到12位才能实现0.2%的精度等级，但无论选用12位D/A芯片，还是选用内置12位D/A的单片机，价格都很昂贵，十几元到几十元不等；
[0005](2)另外工业场合应用复杂，温度变化很大，会直接影响4_20mA输出精度。这样对4-20mA电路中的元器件温漂系数要求很高，特别是对D/A和电压基准。根据工程经验，能实现0.2%的精度等级温漂系数需要优于20ppm/°C，选用温漂系数优于20ppm/°C的D/A和电压基准会大幅增加器件成本；
[0006](3)—般4-20mA输出电路，单片机仅开环控制D/A或P丽输出，对输出结果无法监控，当某些器件失效，造成4-20mA模拟输出功能不正常时，无法及时告警并通知用户。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种具有高精度可自检的4_20mA输出电路，搭建了闭环反馈电路，实现A/D反馈自检，动态调整最终输出信号，使得最终输出稳定的、高精度的4_20mA信号，大大提高了系统的稳定性。
[0008]为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案:
[0009]一种具有高精度可自检的4-20mA输出电路，其特征在于，包括:CPU控制电路、信号转换电路、压控恒流源电路、输出电路和闭环反馈电路，
[0010]所述CPU控制电路的D/A输出端连接到所述信号转换电路，用于输出电流信号；
[0011 ]所述信号转换电路连接到所述压控恒流源电路，用于接收所述CPU控制电路的D/A输出端输出的电流信号，将电流信号转换为电压信号，并将电压信号提供至所述压控恒流源电路；
[0012]所述压控恒流源电路连接到所述输出电路和所述闭环反馈电路，用于接收所述信号转换电路发送的电压信号，将电压信号转化为4_20mA信号输出至所述输出电路，并对电压信号进行处理后发送至所述闭环反馈电路；
[0013]所述闭环反馈电路连接到所述CPU控制电路的A/D输入端，用于将处理后的信号通过A/D输入端输入至CPU控制电路，所述CPU控制电路还用于对接收到的所述闭环反馈电路反馈的信号进行运算处理，将处理得到的数据与期望值进行精度比对，并根据对比结果动态调整其D/A输出。
[0014]优选地，其中:
[0015]所述信号转换电路包含第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端连接所述CPU控制电路的D/A输出端和所述第二电阻的第一端，所述第一电阻的第二端接地;所述第二电阻的第二端连接所述压控恒流源电路。
[0016]优选地，其中:
[0017]所述压控恒流源电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、三极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第九电阻，
[0018]所述第一运算放大器的同相输入端连接到所述信号转换电路中第二电阻的第二端，反相输入端连接到所述第三电阻的第一端和所述第二运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端连接到第九电阻的第一端;所述第九电阻的第二端连接到所述三极管；
[0019]所述三极管的基极连接到所述第九电阻的第二端，集电极连接电源，发射极连接所述第四电阻的第一端和所述第五电阻的第一端;所述第五电阻的第二端连接到所述输出电路和所述第七电阻的第一端;所述第四电阻的第二端连接到所述第三电阻的第二端和所述第二运算放大器的反相输入端；
[0020]所述第二运算放大器的同相输入端连接到所述第七电阻的第二端和所述第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端接地;所述第二运算放大器的输出端连接到所述闭环反馈电路。
[0021]优选地，其中:
[0022]所述闭环反馈电路包括第八电阻和电容，所述第八电阻的第一端连接到所述压控恒流源电路中第二运算放大器的输出端，第二端连接到所述电容的第一端和所述CPU控制电路的A/D输入端，所述电容的第二端接地。
[0023]优选地，其中:
[0024]所述输出电路包括第十电阻、保护器件TVS和AO输出端，
[0025]所述第十电阻的第一端连接所述压控恒流源电路中第五电阻的第二端，所述第十电阻的第二端连接到所述保护器件TVS的第一端和所述AO输出端的第一端，所述保护器件TVS的第二端和所述AO输出端的第二端接地。
[0026]与现有技术相比，本申请所述的方法，达到了如下效果:
[0027]第一，本申请所提供的具有高精度可自检的4_20mA输出电路，采用CPU控制电路的A/D反馈检测输出信号，能够动态调整CHJ控制电路的D/A输出，使得最终输出理想的4一20mA电流值。
[0028]第二，本申请所提供的具有高精度可自检的4_20mA输出电路中，选用低成本CPU，其内部D/A为10位，温漂系数30ppm/°C ；内部A/D为10位，温漂系数10ppm/°C ；内部电压基准为温漂系数15ppm/°C;虽然D/A不能满足20ppm/°C，12位的精度，但本申请巧妙搭建闭环反馈电路，动态调整最终输出信号，利用内部A/D和内部电压基准优良的温漂性能，最终输出的4-20mA信号非常稳定，在-25—70°C的工业温度范围内满足了0.2级高精度指标，大大提高了系统的可靠性。
[0029]第三，本申请所提供的具有高精度可自检的4_20mA输出电路能够通过反馈自检实时监控最终的4-20mA模拟输出信号，当器件失效等原因造成4-20mA模拟输出功能不正常时，及时告警并通知用户，提高了整个过程控制系统的可靠性。
[0030]第四，本申请所提供的具有高精度可自检的4_20mA输出电路可以实现高性能指标，使产品更具有竞争力，适合模块化批量化生产，大大降低了整个监控系统的成本。
【附图说明】
[0031]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
[0032]图1为本发明的所述一种具有高精度可自检的4_20mA输出电路结构框图；
[0033]图2为本发明的所述一种具有高精度可自检的4_20mA输出电路的详细结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0035]实施例1
[0036]参见图1所示为本申请所述一种具有高精度可自检的4_20mA输出电路100的具体实施例，包括CPU控制电路10、信号转换电路11、压控恒流源电路12、输出电路13和闭环反馈电路14。其中，CPU控制电路10的D/A输出端连接到所述信号转换电路11，用于输出电流信号。所述信号转换电路11连接到所述压控恒流源电路12，用于接收所述CPU控制电路10的D/A输出端输出的电流信号，将电流信号转换为电压信号，并将电压信号提供至所述压控恒流源电路12。所述压控恒流源电路12连接到所述输出电路13和所述闭环反馈电路14，用于接收所述信号转换电路11发送的电压信号，将电压信号转化为4_20mA信号输出至所述输出电路13，并对电压信号进行处理后发送至所述闭环反馈电路14。所述闭环反馈电路14连接到所述CPU控制电路10的A/D输入端，用于将处理后的信号通过A/D输入端输入至CPU控制电路10，所述CPU控制电路10还用于对接收到的所述闭环反馈电路14反馈的信号进行运算处理，将处理得到的数据与期望值进行精度比对，并根据对比结果动态调整其D/A输出。
[0037]实施例2
[0038]在图1的基础上进一步细化，图1中的信号转换电路11进一步包含第一电阻Rl和第二电阻R2，参见图2。所述第一电阻Rl的第一端连接所述CPU控制电路10的D/A输出端和所述第二电阻R2的第一端，所述第一电阻Rl的第二端接地;所述第二电阻R2的第二端连接所述压控恒流源电路12。
[0039]图1中的压控恒流源电路12进一步包括第一运算放大器21、第二运算放大器22、三极管23、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R