看到客户从某宝网购买了485接口的多路4-20mA检测模块，
适用于精度和可靠性要求高的工业控制场合。
由于我对产品质量要求几乎很严格，看到这种情况后，我感到难以忍受。
所以我亲自设计了一个多路4-20mA检测板。
近期从可靠性、抗干扰、运算放大器选择、参考电源设计、ADC转换精度、精度定义等角度做了深入研究。
一个操作比老虎还凶猛，最终确定了包括电路原理图和器件选型在内的设计方案。
设计方案
电路图如图1所示：
F1.4-20ma检测电路
具有以下特点：
1) TVS管SMBJ12A用于消耗可能串联到检测电路的高压干扰，并将其箝位到最大19V，从而有效保护运算放大器等后级器件，避免LDO输出的3.3V电压升高。
但当输入电压低于击穿电压12V时，漏电流低于1uA，对4-20mA输入电流的影响忽略不计。
2)用高精度运算放大器TLV4333设计电压跟随器隔离信号。运算放大器为轨到轨输出，输入失调电压为2uV，温度漂移仅为0.02uV/。
3)反向漏电流极低的开关二极管1N4148 D1和D2用于箝位运算放大器同相输入端的电压。
避免运算放大器的输入电压低于-0.3V或高于VCC 0.3V，这会损坏运算放大器和处理器。
实际箝位电压将超过该范围。根据规范，通过调节限流电阻R4的阻值，流过R4的电流不会超过10mA，可以保证运算放大器不被损坏。
由于1N4148正向导通电压和3.3V电源电压的容差，
考虑到同相输入端的最高电压可能达到3.51.2=4.7v，且TLV4333为轨到轨运算放大器，
因此输出可能高达4.7V，超出处理器端口最大输入电压4.0V；
该规范进一步规定，即使超过端口的最大输入电压，正向和反向注入电流也不会超过5.0mA，并且不会损坏端口。
在这条电路中。最大正向和反向注入电流为1.2v/4.7k=0.25ma，小于5.0mA
处理器输入端口的最大电压和最大注入电流
4) 4.7K电阻R4和0.1uF电容C7组成时间常数为0.47ms的低通滤波器
-6dB截止频率为，
刷新率为10Hz的有效信号不衰减，可以有效滤除高频干扰信号。
同时，R4起到限流的作用，使输入运算放大器的电压超过其电源电压0.3V时，可能流入运算放大器的电流不超过(19-3.3)/4.7=3.3mA，远小于规范规定的10mA，从而避免对运算放大器的损坏。
5)5)4.7K电阻R3和0.1uF电容C6组成低通滤波器，可以有效滤除4)所述运算放大器引入的高频干扰信号。
6)采用精密电压源AD1582BRTZ提供2.5V的参考电压，通过处理器的A/D转换得到数值。
精确校正通过VDDA引脚输入的模数参考电压。
初始误差为0.08%，最大温度系数为50ppm/。
每个设备的参数范围
TVS管ZV1漏电流：0uA-1uA；
电流采样电阻R5的电阻值(精度0.1%)为149.85-150.15，温度系数为0-50 ppm/。
箝位二极管IN4148反向漏电流：0uA-20uA；
运算放大器TLV4333的输入失调电压：0uV-15uV，输入失调电压的温度漂移：0-0.02 Uv/；
精密电压源AD1582BRTZ的输出电压为2.498V-2.502V，温度系数为0-50 ppm/。
STM32F103RCT6的ADC为12位，总不可调整误差(TUE)为4LSB。
蒙特卡罗模拟分析精度
蒙特卡罗方法是一种多变量建模技术，
把它想象成一系列“假设”场景。
它允许工程师进行许多实验，并为给定的一组结果定义概率分布或完整的风险评估。
在蒙特赛道
3)根据变量的分布规律模拟生成一组随机数；
4)利用电路原理，根据所有变量计算结果；
5)重复步骤3-4，生成足够的结果数据，对数据进行统计分析，得到结果的统计规律。
Excel模拟
在excel文档的不同列中随机生成n组不同的变量值，
例如，工作温度，通过公式-40 125*RAND()，产生在-40~ 85范围内均匀分布的数据，
通过这些变量，根据电路的分析方向，一个一个地计算数值，最终得到结果值(满量程精度)。
Excel模拟计算
将excel表格模拟计算得到的11000组数据的满量程误差值复制到origin软件中，计算其分区间的频率，绘制分布曲线，如下：
%FS的分布曲线
结果表明，满量程平均误差为0%，标准偏差为0.12%。
考虑3，即电路在满量程下的测量精度为0.36%FS。