抗干擾性能的比較：4-20mA VS.

DCL 控制
2023-09-18
下午 5:40

在電動執行器抗干擾性能的應用中，4-20mA類比訊號的性能明顯優於2-10V類比訊號。這是為什麼呢？

2-10V訊號分析

2-10V訊號抗干擾圖（DCL華誼智慧控制）

如上圖所示：

當使用 2-10V 電壓時，由於模組的輸入電阻較高（R=34KΩ），因此輸入訊號電流非常低（0.059mA – 0.29mA）。這導致該路徑的信噪比非常低，這意味著其傳導和輻射抗干擾性能較差。換句話說，從電子設計的角度來看，這是最脆弱的部分。

在2-10V訊號通路中，輸出元件只能保證控制器側輸出電壓(Vo)的正確性（因為電壓回授點靠近輸出接腳）。另一方面，執行器側的輸入電壓(Vi)的正確性無法保證，因為… $Vi=Vo+Vnoise+Vground−diffVi = Vo + V_{noise} + V_{ground-diff}$ ，在哪裡 $VnoiseV_{noise}$ 和 $Vground−diffV_{ground-diff}$ 極易受到干擾，導致不可避免的瞬態變化。

2-10V訊號線的長度、內阻和屏蔽措施都會顯著影響2-10V訊號的抗干擾性能。線纜越長，內阻越大，屏蔽效果越差，2-10V訊號的抗干擾能力越弱。因此，2-10V訊號通常用於短距離通訊。

4-20mA訊號分析

4-20mA訊號抗干擾圖（DCL華誼智慧控制）

與 2-10V 訊號相比，4-20mA 訊號解決了 2-10V 訊號的兩個關鍵缺陷。如上圖所示：

使用 4-20mA 訊號時，由於模組的輸入電阻較低（R=120 歐姆），輸入訊號電流相對較高（4mA – 20mA）。這使得該路徑上的信噪比更高，這意味著其傳導和輻射抗干擾性能更佳。因此，4-20mA 訊號更難受到干擾。

在4-20mA訊號通路中，輸出元件能夠確保整個輸出迴路電流的正確性，包括輸出端電流和執行器輸入端電流。這是因為輸出電路的回授取樣目標是4-20mA迴路輸出端的電流，而整個訊號迴路的電流是相等的。因此，執行器端採樣的電流必須與控制器輸出的電流相同。即使存在幹擾和地電位不一致的情況，4-20mA輸出電路也能透過主動負回授調節來確保訊號電流的正確性。

4-20mA訊號線的長度及其內阻對4-20mA訊號的抗干擾性能影響很小。因此，4-20mA訊號常用於遠距離通訊。