物聯(lián)網(wǎng)(IoT)連結性是一個(gè)熱門(mén)話(huà)題，但除了在因特網(wǎng)方面，它并不是一個(gè)新概念；幾十年來(lái)，工業(yè)以及某些商業(yè)應用就會(huì )將各個(gè)種類(lèi)的傳感器以及換能器(transducer)鏈接到以計算機為基礎的數據捕獲設備與控制系統，物聯(lián)網(wǎng)只是擴大了那些終端節點(diǎn)的范圍與數量。
要以物理方法傳輸訊號與數據有許多技術(shù)選項，有的方案僅需要最低程度的訊號調節(signal conditioning)，有的則是更適合需要完全調節與數字化的訊號。在眾多選項中，包括利用RS-432/485接口的有線(xiàn)鏈接方案，還有ZigBee、藍牙、Wi-Fi等等專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)通信方案。
所有物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)都有一個(gè)共通性：需要電源來(lái)運作。這可以透過(guò)能量采集(如太陽(yáng)能、振動(dòng)、RF等等方法)，或是較長(cháng)續航力的電池；使用以低占空比(low duty cycle)、低休眠電流以及恰當電池的系統，很容易可以達到10年的電池壽命。
其實(shí)有一種較舊的、有線(xiàn)的解決方案可以解決這個(gè)電源的問(wèn)題──也就是自供電20mA電流回路(current-loop)界面(如圖1)。我們很容易可以假設這個(gè)簡(jiǎn)單、古老的接口已經(jīng)幾乎過(guò)時(shí)，也不被推薦應用于新設計，但情況并非如此；事實(shí)上，IC供貨商們仍持續推出采用這種回路的、功能更強大的新產(chǎn)品。
圖1：自供電電流回路的設計是簡(jiǎn)單與技術(shù)簡(jiǎn)潔性的范例，也是其優(yōu)點(diǎn)
在今年稍早Maxim針對發(fā)表的MAX12900超低功耗、高度整合4~20mA傳感器發(fā)射器模擬前端(AFE)就是一個(gè)例子(圖2)；該組件包括許多額外功能，但核心功能是可透過(guò)雙線(xiàn)4~20mA電流回路接收電源并傳輸數據。其主要限制在于傳感器與其調節功能功耗不超過(guò)3~4mA，而這種情況可能會(huì )需要外接傳感器電源或是更多的線(xiàn)路，這會(huì )削弱自供電優(yōu)勢。
圖2：MAX12900是一款相對較新的、采用自供電電流回路接口的組件
為何電流回路接口這種舊技術(shù)還被運用于新組件的設計？以下簡(jiǎn)單介紹其背景，會(huì )對理解原因有幫助。
隨著(zhù)控制系統在1930年代與1950年代從氣動(dòng)式(pneumatic)演變?yōu)殡姎馐?，最常?jiàn)的接口就是0~20mA電流回路，也被稱(chēng)為4~20mA回路。其概念相當簡(jiǎn)單有效：目標訊號──無(wú)論是來(lái)自傳感器或是傳輸至作用換能器──最低訊號值為4mA，最高則為20mA。
雖然這種回路最初是為模擬訊號設計，卻沒(méi)有任何控制協(xié)議，因此也可以被用于呈現數字訊號而非模擬訊號，其格式結構(format structure)可以最小化。而在幾十年前，隨著(zhù)訊號調節電路以及其ADC/DAC大幅降低功耗，以數mA的「免費」電源來(lái)讓該類(lèi)電路運作變得實(shí)際可行。
無(wú)論能不能自供電，電流回路在工業(yè)化應用上都能帶來(lái)一些顯著(zhù)優(yōu)勢；不同于諸如RS-423/485等電壓接口，這種低阻抗回路對EMI相對免疫，這在工業(yè)應用環(huán)境中是一大優(yōu)勢。此外，該回路具有一種整體性的、不花費成本的方法能讓系統知道線(xiàn)路損壞(最常見(jiàn)的故障模式)，因為電流會(huì )下降至容易識別的0mA。最后，做為一種單回路涵蓋每個(gè)端點(diǎn)(one-loop-per-endpoint)的互連，它相當容易安裝、標記、追蹤以及除錯。
而其缺點(diǎn)是，隨著(zhù)工業(yè)回路的數量增加，線(xiàn)路成本與安裝工作負擔也會(huì )增加，此外需要提供每個(gè)回路一個(gè)從幾V到大約24VDC的電流源；如果是跨不同位置的多個(gè)回路，可能還需要電氣隔離以避免接地回路(ground-loop)問(wèn)題。
毫無(wú)疑問(wèn)，老牌自供電電流回路仍有它的一席之地；與大多數的工程決策一樣，沒(méi)有簡(jiǎn)單、唯一的「正確選項」，只有針對不同應用的「最佳解決方案」，而這當然需要經(jīng)過(guò)權衡與妥協(xié)。無(wú)論如何，在一些較舊的、由來(lái)已久的技術(shù)仍是好選擇時(shí)，不要太快奔向那些最新、最厲害的解決方案。
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