STM32|4-20mA输出电路

STM32单片机在工业应用中经常被用于构建4-20mA输出接口的电路设计，这是因为STM32内嵌的DAC（数模转换器）可以提供高精度、高稳定性以及低漂移的模拟电流输出。4-20mA的电流范围是工业标准，常用于远距离传输信号，因为它对线路噪声的免疫力较强，而且可以检测负载的断路情况。 STM32的某些型号可能没有独立的VREF引脚，这可能导致DAC的参考电压与VCC共用，从而引入误差。为了解决这个问题，我们可以利用低成本的TL431精密稳压器作为参考电压源。TL431具有约30ppm的典型温度漂移，这在大多数应用中已经足够精确。通过选择两个低温漂电阻，我们可以调节TL431的输出电压在3V到3.6V之间，这个电压范围可以满足STM32核心的功耗需求。 转换电路的核心是OPA333运算放大器，它是一款高性能的单电源轨至轨运算放大器，工作电压范围为2.7V到5.5V，失调电压极低，仅为10uV。OPA333可以构建一个压控恒流源，确保输出电流的精度和稳定性。STM32的DAC1或DAC2输出经过C25进行数字噪声滤波，然后通过运算放大器进行1:1缓冲，并通过Q2进行电流放大。电流在R7上形成压降，通过运放的反馈机制，根据Vdacout=Vr7=I*R7的公式，我们可以计算出电流I。通过调整R7的值，可以改变输出电流的范围，使其适应4-20mA的标准。 电路中的R2为偏置电阻，保证OPA333的输出始终在其工作范围内。R14则起到了限流作用，限制了输出端的最大电流Imax，防止过大的电流导致R7过热或损坏。C17是一个去抖动电容，可以消除外部负载引起的微小干扰，保持输出电流的稳定性。需要注意的是，STM32的内部DAC缓冲应关闭，因为外部电路已经提供了高输入阻抗的缓冲，开启内部缓冲会降低输出线性度。 STM32结合适当的外围电路，如TL431和OPA333，可以有效地实现4-20mA输出接口，满足工业应用的需求。在设计此类电路时，需充分考虑精度、稳定性、电流限制和保护措施，以确保系统的可靠运行。