Токовая петля

То́ковая петля́ — способ передачи информации с помощью измеряемых значений силы электрического тока. В настоящее время такой способ более распространён в инженерной практике, чем использование для этой цели напряжения. Для задания измеряемых значений тока используется, как правило, управляемый источник тока. По виду передаваемой информации различаются аналоговая токовая петля и цифровая токовая петля.

Цифровая токовая петля

Преобразователь RS-232 / Токовая петля

Применяется в телекоммуникационном оборудовании и компьютерах для последовательной передачи данных.

История

Токовая петля использовалась задолго до появления стандартов RS-232 и V.24. Еще в 60-е годы телетайпы начали использовать стандарт токовой петли 60 миллиампер. Последующие модели (одна из первых — Teletype Model ASR-33) использовали стандарт 20 мА. Этот стандарт нашел широкое применение в миникомпьютерах, которые первоначально использовали телетайпы для диалога с оператором (консоль). Постепенно телетайпы уступили место текстовым видеотерминалам (подобно VT52), сохраняя интерфейс токовой петли. В 1980-х стандарт RS-232 окончательно заменил токовую петлю.

Принципы работы

Стандарт цифровой токовой петли использует отсутствие тока как значение SPACE (низкий уровень, логический ноль) и наличие сигнала — как значение MARK (высокий уровень, логическая единица). Отсутствие сигнала в течение длительного времени интерпретируется как состояние BREAK (обрыв линии). Данные передаются старт-стопным методом, формат посылки совпадает c RS-232, например 8-N-1: 8 бит, без паритета, 1 стоп-бит.

Токовая петля может использоваться на значительных расстояниях (до нескольких километров). Для защиты оборудования применяется гальваническая развязка на оптоэлектронных приборах, например оптронах.

Из-за неидеальности источника тока, максимально допустимая длина линии (и максимальное сопротивление линии) зависит от напряжения, от которого питается источник тока. Например при типичном напряжении питания 12 вольт сопротивление не должно превышать 600 Ом.

Источник тока может располагаться в приемном или передающем конце токовой петли. Узел с источником тока называют активным. В зависимости от конструкции может быть активный передатчик (и соответственно — пассивный приемник) или наоборот.

Стандартизация

Стандарт ИРПС (ОСТ 11 305.916-84) использует токовую петлю 20 мА для передачи данных. Этот стандарт широко применялся в компьютерах, выпущенных в СССР и странах СЭВ до 1990-х годов. Например ДВК, Электроника-60, Электроника Д3-28, СМ ЭВМ и т. д. Физическое исполнение разъемов ИРПС в стандарте не закреплено, что породило массу вариантов. Часто употребляется разъём СНО53-8-2.

За рубежом токовая петля (Current Loop) специфицирована в стандартах IEC 62056-21 / DIN 66258.

MIDI (Musical Instrument Digital Interface) использует стандарт токовой петли на 5-ти штырьковом разъеме DIN 41524 со скоростью 31.25 kbit/s.

Для компьютеров IBM PC и IBM PC XT имелась плата IBM Asynchronous Communications Adapter, поддерживающая последовательную передачу по RS-232 или токовой петле. Для передачи сигналов токовой петли используются незадействованные контакты на разъеме DB25. В более поздних разработках остался только RS-232.

Аналоговая токовая петля

Аналоговая токовая петля используется для передачи аналогового сигнала по паре проводов в лабораторном оборудовании, системах управления производством и т. д.

Применяется смещенный диапазон 4-20 мА то есть наименьшее значение сигнала (например 0) соответствует току 4 мА, а наибольшее — 20 мА. Таким образом весь диапазон допустимых значений занимает 16 мА. Нулевое значение тока в цепи означает обрыв линии и позволяет легко диагностировать такую ситуацию.

Интерфейс аналоговой токовой петли позволяет использовать разнообразные датчики (давления, потока, кислотности и т. д.) с единым электрическим интерфейсом. Также данный интерфейс может использоваться для управления регистрирующими и исполнительными устройствами: самописцами, заслонками и т. д.

Основное преимущество токовой петли — то, что точность не зависит от длины и сопротивления линии передачи, поскольку управляемый источник тока будет автоматически поддерживать требуемый ток в линии. Вдобавок, такая схема позволяет запитывать датчик непосредственно от линии передачи. Несколько приемников можно соединять последовательно, источник тока будет поддерживать требуемый ток во всех одновременно (согласно закону Кирхгофа).

Поверх аналоговой токовой петли можно передавать цифровую информацию. Такой способ передачи данных описан в HART-протоколе. Конкурирующими протоколами, способными в будущем вытеснить HART, являются различные цифровые полевые шины, такие как Fieldbus Foundation или PROFIBUS.