德州仪器 XTR115 和 XTR116：4 - 20mA 电流环路变送器的卓越之选

在工业过程控制、智能传感器等领域，4 - 20mA 电流环路变送器是不可或缺的关键组件。德州仪器（TI）的 XTR115 和 XTR116 就是这类产品中的佼佼者，它们为模拟信号的准确传输提供了可靠的解决方案。

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一、产品概述

XTR115 和 XTR116 是精密电流输出转换器，专门用于在工业标准电流环路上传输 4 - 20mA 的模拟信号。它们具备精确的电流缩放和输出电流限制功能，能确保信号传输的准确性和稳定性。这两款产品除了参考电压输出不同（XTR115 为 2.5V，XTR116 为 4.096V）外，其他方面基本相同，以下将它们统称为 XTR115/6。

二、产品特性

低静态电流

静态电流仅 200µA，这意味着在系统运行过程中，它消耗的能量较少，有助于降低整体功耗，提高系统的能源效率。

集成 5V 稳压器

为外部电路提供稳定的 5V 电源，方便用户连接和驱动其他外部设备，无需额外的电源模块，简化了电路设计。

高精度参考电压

XTR115 提供 2.5V 的参考电压，XTR116 提供 4.096V 的参考电压，可用于传感器激励或偏移，为传感器提供稳定的激励电压，确保传感器的准确测量。

低误差

具有低跨度误差（0.05%）和低非线性误差（0.003%），能够保证输出电流的高精度和线性度，使信号传输更加准确可靠。

宽环路电源范围

环路电源范围为 7.5V 至 36V，适应不同的电源环境，增强了产品的通用性和适应性。

小封装

采用 SO - 8 封装，体积小巧，节省电路板空间，适合在小型化设备中使用。

三、应用领域

2 线 4 - 20mA 电流环路变送器

作为核心组件，实现模拟信号的远程传输，广泛应用于工业自动化、过程控制等领域。

智能变送器

为智能传感器提供精确的电流输出，实现传感器与控制系统之间的可靠通信。

工业过程控制测试系统

确保测试系统中信号的准确传输和控制，提高测试的精度和可靠性。

兼容 HART 调制解调器

可与 HART 通信协议配合使用，实现智能通信和远程配置，方便用户对系统进行监控和管理。

电流放大器和电压 - 电流放大器

将输入的电压或电流信号进行放大和转换，满足不同应用场景的需求。

四、技术参数

输出电流

输出电流线性范围为 0.25mA 至 32mA，可通过公式 (IO = I{IN} cdot 100) 进行计算，其中 (I_{IN}) 为输入电流。

误差指标

跨度误差在 - 40°C 至 + 85°C 温度范围内为 ±0.05%，非线性误差在输入电流为 250µA 至 25mA 时为 ±0.003%。

输入参数

偏移电压在 - 40°C 至 + 85°C 温度范围内为 ±100µV 至 ±500µV，偏置电流噪声在 0.1Hz 至 10Hz 范围内为 ±0.1pA/°C。

动态响应

小信号带宽为 380kHz，压摆率为 3.2mA/µs，能够快速响应输入信号的变化。

参考电压和稳压器

参考电压的精度在 - 40°C 至 + 85°C 温度范围内为 ±0.05% 至 ±0.5%，稳压器输出电压为 5V，精度在 - 40°C 至 + 85°C 温度范围内为 ±0.05mV/°C。

五、设计要点

外部晶体管选择

XTR115/6 需要外接晶体管来承载大部分的满量程输出电流。在选择晶体管时，要考虑其电压、电流和功率额定值，推荐使用 NPN 晶体管，如 2N4922、TIP29C、TIP31B 等。同时，为了减少晶体管发热对 XTR115/6 的影响，应将晶体管远离敏感的模拟电路，并采取适当的散热措施。

最小输出电流

XTR115/6 的静态电流（典型值为 200µA）是其输出电流的下限。当输入电流为零时，输出电流等于静态电流。只有当输入电流大于静态电流的 1/100 时，输出电流才会开始增加。此外，从 (V{REF}) 或 (V{REG}) 吸取的电流会增加最小输出电流。

输入偏移

通过从 (V{REF}) 连接合适的电阻或在输入驱动电路中产生偏移，可以产生 4mA 的低量程电流。例如，使用 62.5kΩ 的电阻可以从 2.5V 的 (V{REF}) 产生 40µA 的输入电流，从而实现 4mA 的低量程输出。

最大输出电流

XTR115/6 能够提供高达 25mA 的准确线性输出，内部电路将输出电流限制在约 32mA，以保护变送器和环路电源/测量电路。如果需要扩展输出电流范围，可以通过在引脚 3 和引脚 5 之间连接外部电阻来改变电流限制值，但要注意输出电流超过 45mA 可能会导致永久性损坏。

反向电压保护

XTR115/6 的低合规电压额定值（7.5V）允许使用各种电压保护方法。例如，使用二极管桥电路可以在电压连接线路反转时仍能正常工作，但会导致约 1.4V 的环路电源电压损失；在环路电源电压和 V + 引脚之间串联一个二极管可以防止反向输出连接线路，仅造成 0.7V 的环路电源电压损失。

过电压浪涌保护

远程连接的电流变送器可能会受到电压浪涌的影响，因此需要采取过电压浪涌保护措施。可以选择低电压额定值的齐纳二极管或浪涌钳位二极管进行保护，例如 36V 的保护二极管可以在正常环路电压下确保变送器正常工作，同时提供适当的浪涌保护。

射频干扰

电流环路的长导线容易引入射频干扰，可能导致输出电流不稳定。可以在 (V_{REF}) 引脚添加电容负载，并采用适当的补偿方案来确保稳定运行。

六、封装与订购信息

XTR115 和 XTR116 提供多种封装选项，如 SOIC - 8 封装。订购时需要注意产品的状态（如 ACTIVE 表示推荐用于新设计）、环保计划（如 RoHS & Green）、引脚数、包装数量等信息。

七、总结

德州仪器的 XTR115 和 XTR116 4 - 20mA 电流环路变送器以其高精度、低功耗、宽电源范围等优点，成为工业应用中模拟信号传输的理想选择。在设计过程中，工程师需要根据具体应用需求，合理选择外部晶体管、考虑输入偏移、输出电流范围等因素，并采取适当的保护措施，以确保系统的稳定运行。你在使用 XTR115/6 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。