在工业控制中，常常使用4-20ma电流信号来传递现场中的变化量，或者对其执行机构进行控制，因为采用电流信号，其抗干扰能力大大提高，在模拟电路时代，是广泛采用的一种电路结构。一直延用到现在。

在模拟量控制中，常常使用，0-10v0-5v1-5v0-20ma4-20ma的控制方式。

其中，以4-20ma,较为特殊。它可以轻易的进行VI变换，变换成，1-5v的电压，进行识别处理。

而其它的各种方式呢，比如0-20ma，可以对应0-3，0-5，0-10，在电路设计中，直接通过电阻压降，或者电压跟随，即能转换完成。

然而，现在市面上绝大多数所谓4-20ma模块，其实均为0-20ma模块为什么呢？

因为，4-20ma模块，在设计上相对有难度，具体表现在如下几个方面。

1.4-20ma4ma对应0刻度，而20ma对应%满刻度。

2.4-20ma当小于4ma时，可以当断线检测，如果按比例分配，则为负刻度。然而，实际情况是，我们绝不会允许负刻度出现。

3.4-20ma设转换为0-3V的电压，则，它们的上限，下限，范围都不能一一对应，需要进行线性运算。

好了，接下来，我们分析一下，它的模拟线性变换电路。

设输入信号，x=in1(in1取4-20ma)当其经过电阻R，产生压降，设满度为，2.5V时，问其电阻为多少？

U/I=2.5/20ma=欧。同理，传输0-5V时，电阻则为欧。

即，在4-20ma的输出环路中，我们假定的动态负载为欧姆。

那么问题来了，4ma对应以负载为欧姆时，压降为1V.(4*0.25=1)

我们看到，经过简单变换之后，它给的，并不是我想要的，范围对不上，最大值，最小值对不上。

如果我没管，就这样输出行不行？我们来计算一下。

当我要4-20MA控制阀门开度时，4ma为0%20ma为%。实际情况则为。1伏为0%5v为%

我们对比一下

由此可见，当4-20ma直接进行IV变换之后，除了满度，其它都对应不上，

但是它能工作不？能，但是线性度不对，问题是，线性度不对怎么办？

绝大多数设计者，没管，或者说，直接把4-20ma用0-20ma代替。奇怪的是，绝大多数现场执行单元，竟然能在此模式下进行工作，然而，它所对应的开度实际上是完全错误的。

意味着，如果你用做流量计，你要开度50%则电流为12ma对应12*0.25=3伏。3伏实际对应的是60%的开度。很明显，实际的开度大于你预设的开度，这样你实际流过的流量比预设多。

然而，正确的解决方案应该有哪些呢？

一．采用运放进行线性运算。

1.我们根据上表所示，当4-20转换为，1-5伏时，我们将整体减去1.则，4-20ma变换为了0-4伏，5伏永远也达不到，这样，5伏%开度就永远也打不到，看来还不够。

于是我们将0-4伏变换为0-5伏，即乘以1.25倍。（5/4）

于是，得f(x)=x*g(x)=f(x)-1得g(x)=0-4

v(x)=g(x)*1.25得v(x)=0-5

此时，以上函数，满足我们的输入输出线性关系。于是，由此推导电路结构。

为，减法电路与乘法电路的组合。

如图，运放1，减1电路，条件，双电源，运放2，电压跟随放大电路，

经过此模型，4-20Ma就成了为0-5伏的标准信号，但是，运算其自身的复杂性，及其最佳匹配方案，以及超出理论计算所存在的偏差，则需要具体问题具体定义。

二．采用CPU运算法则，进行转换。

1.既然现在是数字时代，那模拟电路实现的运算，用CPU也能轻而易举实现它。那么,CPU该如何实现呢？

1.设，我们通过IV电平变换，采集到CPU的数据为12位，即，0-留的超量程余量。

2.则，设输入4-20ma实际对应1-5伏，对应-

我们减去则，等效变换为，0-

我们在这个基础上，再乘以，1.25后取整得0-

此时，我们同样实现4-20ma的精确输出。

实际使用中的程序稍有差异，但原理不变。

此两种方案的比较。

我们发现，如果用第一种方案，则相当于硬解码一样，CPU不管不问，直接读数据，并输出就行，不需要运算，不存在丢失精度问题。而精度，线性度，完全由输入电路决定，它可靠不，可靠，但是在干扰面前，发生什么不得而知，同时，当元件老化，或输入信号不满足设计范围时，将使故障排除特别麻烦，还有一个零漂，负电压的问题，会增加硬件成本。

而如果采用第二种方案，CPU需要参与运算，如果CPU同时在处理其它模拟信号，比如0-5伏，等，这样的处理，需要额外增加单独的运算处理，所存在的精度误差在0.级别，完全取决于AD转换的精度，这样的精度，跟第一种方案相比，完全等价。

同时呢，如果知道，4-20ma在0-4ma之内所携带的故障信息，有CPU的判断将非常容易。

而第一种方法，要想判断出故障的信息，他们都是负电压，要逐级比较，每加一级比较，则额外增加一片比较器电路或者运算器电路，会使整个过程，额外增加大量的硬件开销。

同时，直白点讲，一种方案，硬解，适合解放CPU的场合

第二种方案，简单直接，软解，适合降低生产成本的场合。