Токовая петля 0–20 мА является надежным средством передачи данных в промышленных приложениях. В приемниках этих схем используются прецизионные шунты для преобразования токового сигнала в сигнал напряжения. Случайное подключение прецизионных шунтов к источнику питания токовой петли может привести к их повреждению, после чего придется заменять шунт и заново калибровать систему. Чтобы избежать этих издержек, можно использовать схему защиты, управляемую микроконтроллером (Рисунок 1).
 | |
| Рисунок 1. | Эта схема защищает изолированный аналоговый входной интерфейс токовой петли. Для простоты на рисунке не показаны подключения питания и земли микросхем IC2, IC4, IC5 и IC6. |
При использовании традиционных методов шунт защищают быстродействующим предохранителем или автоматическим выключателем, отключающим петлю, который затем снова включается через заданный промежуток времени. Схема на Рисунке 1 обеспечивает защиту, которая срабатывает намного быстрее, чем предохранитель. Микросхема IC1, самое медленное устройство в схеме, выключается менее чем за 500 мкс. Она обеспечивает более точный порог срабатывания, чем предохранитель, и, конечно же, не требует замены предохранителя. Вместо того, чтобы заставлять вас выключать и включать питание для восстановления петли, управление схемой защиты обеспечивает микроконтроллер. Микроконтроллер также регистрирует событие, тем самым предоставляя запись о том, что система активировала схему защиты.
Схема защиты практически не влияет на аналоговый входной интерфейс. Входной ток буфера IC2 не превышает 30 пА. Сопротивление замкнутого ключа оптоизолятора IC1 менее 2 Ом. Схема не требует дополнительных изолированных каналов данных или портов ввода-вывода микроконтроллера и предотвращает повреждения при монтаже или ремонте системы. Она также отключает петлю после включения питания и при отсутствии питания.
Алгоритм защиты реализуется с помощью компаратора отказа питания и схемы сторожевого таймера микросхемы IC3, имеющих отдельные выходы, а также D-триггера IC6.
При включении питания триггер находится в состоянии сброса, а токовая петля разомкнута из-за высокого уровня выходного сигнала RESET супервизора IC3, поступающего на вход логического элемента IC4 «ИЛИ-НЕ». После первого перехода от низкого уровня к высокому на линии SCK (тактовый сигнал) нарастающий фронт сигнала /WDO микросхемы IC3 (выход сторожевого таймера) устанавливает триггер в «лог. 1» и подает ток в твердотельное реле IC1, тем самым подключая вход к петле.
В случае, если ток петли превышает 27 мА, высокий уровень на выводе PFO микросхемы IC3 (выход компаратора сбоя питания) сбрасывает триггер и выключает оптоизолятор IC1. Через логический элемент IC5 микроконтроллер подает единицы на вход MISO, что означает перегрузку по току.
Чтобы снова включить петлю, микроконтроллер должен остановить линию SCK не менее чем на 2.4 секунды. Первый же следующий за этим переход линии SCK от низкого уровня к высокому снова подключает токовую петлю.