电流信号与电压信号的讨论

电气 弱电 通讯 仪表 自动化 预算 造价 工作中的技术交流群：52393444

不要光考虑4－20mA、0－10V这一类标准模拟量信号传输抗不同干扰的能力。
本质上来说，不管是电力还是信号，不管直流还是交流，电压源－－就是为高阻负载设计的。电流源－－就是为低阻负载而设计的。这里阻抗也可以是感抗或容抗。

老刘头说的那两句话有点儿模糊。
电流源、电压源本身，有高阻、低阻特性，理想电压源短路、理想电流源开路；但二者传输线路阻抗没有什么区别。
什么“高阻抗传输”什么“低阻抗传输”，仅仅指电源特性或负载特性，与实际应用传输线路一点关系都没有，传输线阻抗再大一般顶多几十欧之内。

老刘头讲的传输损耗，一般应指电力传输，尚可讨论。在信号传输里，不应成为传输方式选择的理由。

凭个人感觉，对于干扰，电流与电压信号没什么本质差别。电压信号源与负载、电流信号源与负载，都是有高阻的闭合回路，只不过一个高阻在负载端一个高阻在电源端；这对于干扰信号来说，没什么两样。只要闭合回路受电磁感应影响，若产生同样的感生电势，若阻抗接近，必然产生同样的感生电流。所以，二者受干扰程度主要取决于采样电路的抗干扰程度、取决于回路阻抗的大小。
无论电流采样还是电压采样，一般理想运放虽然输入阻抗都是M欧级，但实际电路都加输入、反馈电阻，电流主要流经的是反馈电阻和输入电阻；相对而言，电流信号采样电阻往往是250欧，而电压信号采样电阻往往是几K以上，同样大的感生电流，在几K电阻上产生的电压肯定会比几百欧的大－－但这一般是共模干扰，虽然对运放输出影响不是很大，但如果运放共模抑制比不够大，还有稍有区别的。

目前大部分工业通讯方式，主要是电压的传输形式，虽然是数字，但毕竟仍是电压形式，只不过远距离都采用差分电路传输。这说明电压信号传输并不比电流抗干扰差，只不过早期没有找到好的传输方式而已。现在找到了，就是差分、适当提高频率、以数字代模拟。

有人打架，俺们跟着起哄还是很有意思的呀。一不小心还会挨周公一拍，脑袋上起了个包。嘿嘿
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
电流信号：在规定负载阻抗范围内（一般500、250欧以下），电流恒定，电压随负载变化而变化。’——本身是因为有恒流电路，否则照样不能违背欧姆定律！＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊周老儿，就是因为没有违背欧姆定律，电压才会随负载变化而变化。不然的话，不

用“否则”，俺就推翻欧姆定律，成天下名人了。

‘大部分工业通讯方式，主要是电压的传输形式，虽然是数字，但毕竟仍是电压形式，’——差分抗干扰还是电流的原因，不要搞错。＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊差分比单端抗干扰，对于同样输入阻抗同样电平的检测电路来说，也许电流是差了一半儿；但是传统的理论却并不是这样来解释的。正象老刘头儿说的，是它对普遍存在的共模干扰的抵抗效果要好些。
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
关于差分的问题，也许会涉及到电磁兼容方面稍深入的一些理论，俺的知识不能足够地表达清楚。以下转
“差分信号的第一个好处是，因为你在控制'基准'电压，所以能够很容易地识别小信号。在一个地做基准，单端信号方案的系统里，测量信号的精确值依赖系统内'地'的一致性。信号源和信号接收器距离越远，他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。从差分信号恢复的信号值在很大程度上与'地'的精确值无关，而在某一范围内。
差分信号的第二个主要好处是，它对外部电磁干扰（EMI）是高度免疫的。一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端。既然电压差异决定信号值，这样将忽视在两个导体上出现的任何同样干扰。除了对干扰不大灵敏外，差分信号比单端信号生成的 EMI 还要少。
差分信号提供的第三个好处是，在一个单电源系统，能够从容精确地处理'双极'信号。为了处理单端，单电源系统的双极信号，我们必须在地和电源干线之间某任意电压处（通常是中点）建立一个虚地。用高于虚地的电压来表示正极信号，低于虚地的电压来表示负极信号。接下来，必须把虚地正确地分布到整个系统里。而对于差分信号，不需要这样一个虚地，这就使我们处理和传播双极信号有一个高保真度，而无须依赖虚地的稳定性”

这些东西，我相信以周公的电子基础，是能够看得懂的。
其实差分与单端性能的区别，关键就在一个地上。单端的地，往往是公用的，比如西门子的控制器，直流地接大地，这种情况下，干扰信号也是对地存在的，直接叠加在信号和电源上。不考虑静电，单从抗干扰来看，浮地系统要比西门子这种方式要好些。


见识不少，由一个电压信号，电流信号传输特点的讨论深入到差分电路和通讯方式（也算电压型）的剖析，真是收益不少。我也来做点总结工作：

首先，单纯的电压信号传输容易受到信号干扰，影响精确度，这一点大家都认同。但是刘老师讲的如果远距离传输适

合采用电压信号，我想出发点是考虑了类似电力传输里采用高压传输降低传输电缆上的能量损耗（即I2R），电力里面采用高压主要是降低传输电流，减小I2R,同时节约电缆的投资；但是在信号传输里面主要考虑的是信号的精确度，因为这里的能量损耗相比之下还不是我们主要关注的。而采用电流信号相比单纯的电压信号更能抗干扰。

其次，如果采用通讯的方式传输，这个时候却又不容易受到干扰，其实这里的原因已经脱离了本身讲电压和电流信号传输差别这个问题了，因为其实通讯的方式虽然是电压信号，但是其为一组脉冲信号，只要没有将1干扰到0或者没有将0干扰到1就不会对信号的结果产生影响，然而在屏蔽通讯电缆的保护下这样的干扰发生的几率的确是减小了很多，也就导致通讯方式的稳定性比较高。

最后，差分电路（电压信号）能够降低干扰也是大家都认同的，其优点也已经由“想起时正是忘记”列出了。

总结：
电流信号依靠本身就可以具有抗干扰性能；
而单纯的电压信号需要依靠对其采取一些其他的改变，比如设计成差分电路，或者通讯的方式等，但是同时也提高了成本。
以上各种方法的成本和抗干扰能力各不相同，实际工作中可以根据实际情况（成本，信号的特点，要求）进行选择。

（欣赏几位老师的态度和刘老师的敢于“与众不同”的魄力！以上大多是前面几位老师的智慧，我只是总结了一下，方便那些和我一样的涉足行业未深的同行更容易看懂，如有不当之处，希望几位老师指出，只为学习）


电压和电流的传输方式有什么不同　2008-12-28 11:28
分类：单片机外围 字号： 大大 中中 小小


xiaoyu09007 的 电压和电流的传输方式有什么不同
电压和电流的传输方式有什么不同工业上通常用电压 0…5(10)V 或电流 0(4)…20mA 作为模拟信号传输的方法，也是被程控机经常采用的一种方法。那么电压和电流的传输方式有什么不同，什么时候采用什么方法，下面将对此进行简要介绍。

电压信号传输比如 0…5(10)V

如果一个模拟电压信号从发送点通过长的电缆传输到接收点，那么信号可能很容易失真。原因是电压信号经过发送电路的输出阻抗，电缆的电阻以及接触电阻形成了电压降损失。由此造成的传输误差就是接收电路的输入偏置电流乘以上述各个电阻的和。

如果信号接收电路的输入阻抗是高阻的，那么由上述的电阻引起的传输误差就足够小，这些电阻也就可以忽略不计。要求不增加信号发送方的费用又要所提及的电阻可忽略，就要求信号接收电路有一个高的输入阻抗。如果用运算放大器 OP 来做接收方的

输入放大器，就要考虑到此类放大器的输入阻抗通常是小于 <1M原则上，高阻抗的电路特别是在放大电路的输入端是很容易受到电磁干扰从而会引起很明显的误差。所以用电压信号传输就必须在传输误差和电磁干扰的影响之间寻找一个折中的方案。


电压信号传输的结论：

如果电磁干扰很小或者传输电缆长度较短，一个合适的接收电路毫无疑问是可以用来传输电压信号 0…5(10)V 的。


电流信号传输比如 0(4)..20mA

在电磁干扰较强的环境和需要传输较远距离的情况下，多年来人们比较喜欢使用标准的电流来传输信号。

如果一个电流源作为发送电路，它提供的电流信号始终是所希望的电流而与电缆的电阻以及接触电阻无关，也就是说，电流信号的传输是不受硬件设备配置的影响的。同电压信号传输的方法正相反，由于接收电路低的输入阻抗和对地悬浮的电流源（电流源的实际输出阻抗与接收电路的输入阻抗形成并联回路）使得电磁干扰对电流信号的传输不会产生大的影响。

电流信号传输的结论：

如果考虑到有电磁干扰比如电焊设备和其他信号发射设备，传输距离又必须很长，那么电流信号传输的方法是适合这种情况的（模拟信号传输）。

实际上经常采用的电流传输方法有二线制和三线制方法。由于二线制的重要意义，在这里将主要论述二线制方法，也叫电流回路方法。

电流回路的综合特性


- 简单的使用：如果信号发送电路和相联接的其他电路的工作电流保持常数不变，那么该工作电流和信号电流就可以通过同一根电缆来传输。人们只需用一个负载取样电阻，而电流在负载电阻上的电压降就可以作为有用的信号。当然还应该注意工作电压要足够高，以满足电流回路里所需要的电压降。



- 低廉的成本：与数字信号传输需要一个 AD 转换，一个单片机和一个合适的驱动电路相比，用简单的电流回路方法，人们只需要一条电缆，一个负载电阻和一个测量电压表。特别当对测量精度要求高的时候，二者产品成本的差别就更加明显了。



- 错误诊断：4-20mA 电流信号传输的优点除了传输距离远和抗干扰能力强外，还会自动提供出错信息。在一个经过校准的系统输出零信号时（输出端为电流 4mA），如果接收到的信号大于零毫安而小于 4 毫安时，就说明此时系统一定有问题。如果接收到的电流信号为零，那么一定是电缆断了或者信号接收方面出了问题。如果电流信号超过 20mA 就意味着输入端方面的信号过载或者信号接收方面有问题。



- 长距离传输：传输距离与发送信号端的驱动能力和电缆的电

阻以及接收端的测量电阻（负载电阻）有关。如果在信号传输的电缆中也要安装测量仪表，那么负载电阻还应该考虑到测量仪表的输入阻抗和监测记录仪表的输入阻抗。这些仪表常常因为成本低廉和无需外加电源而与集成电路一样共同连接在电流回路中并从4mA 中直接获得工作电源。因此在电路设计时要考虑到电流源回路的带载能力。