抗干扰性能对比：4-20mA 与 2-10V

DCL 控制
2023-09-18
下午 5:40

在电动执行器抗干扰性能的应用中，4-20mA模拟信号的性能明显优于2-10V模拟信号。这是为什么呢？

2-10V信号分析

2-10V信号抗干扰图（DCL华谊智能控制）

如上图所示：

当使用 2-10V 电压时，由于模块的输入电阻较高（R=34KΩ），输入信号电流非常低（0.059mA – 0.29mA）。这导致该路径的信噪比非常低，这意味着其传导和辐射抗干扰性能较差。换句话说，从电子设计的角度来看，这是最脆弱的部分。

在2-10V信号通路中，输出器件只能保证控制器侧输出电压(Vo)的正确性（因为电压反馈点靠近输出引脚）。另一方面，执行器侧的输入电压(Vi)的正确性无法保证，因为 $Vi=Vo+Vnoise+Vground−diffVi = Vo + V_{noise} + V_{ground-diff}$ ，在哪里 $VnoiseV_{noise}$ 和 $Vground−diffV_{ground-diff}$ 极易受到干扰，导致不可避免的瞬态变化。

2-10V信号线的长度、内阻和屏蔽措施都会显著影响2-10V信号的抗干扰性能。线缆越长，内阻越大，屏蔽效果越差，2-10V信号的抗干扰能力就越弱。因此，2-10V信号通常用于短距离通信。

4-20mA信号分析

4-20mA信号抗干扰图（DCL华谊智能控制）

与 2-10V 信号相比，4-20mA 信号解决了 2-10V 信号的两个关键缺陷。如上图所示：

使用 4-20mA 信号时，由于模块的输入电阻较低（R=120 欧姆），输入信号电流相对较高（4mA – 20mA）。这使得该路径上的信噪比更高，意味着其传导和辐射抗干扰性能更佳。因此，4-20mA 信号更难受到干扰。

在4-20mA信号通路中，输出器件能够确保整个输出回路电流的正确性，包括输出端电流和执行器输入端电流。这是因为输出电路的反馈采样目标是4-20mA回路输出端的电流，而整个信号回路的电流是相等的。因此，执行器端采样的电流必须与控制器输出的电流相同。即使存在干扰和地电位不一致的情况，4-20mA输出电路也能通过主动负反馈调节来确保信号电流的正确性。

4-20mA信号线的长度及其内阻对4-20mA信号的抗干扰性能影响很小。因此，4-20mA信号常用于远距离通信。