Stromschnittstelle
Eine Stromschnittstelle oder Stromschleifenschnittstelle arbeitet mit einer Stromanpassung. Sie wird zur Informationsübertragung in rauer Umgebung verwendet, wo mit hohen Störpegeln gerechnet werden muss, so dass die sonst übliche Übertragung mittels Spannungspegeln (Spannungsanpassung) nicht mit ausreichender Zuverlässigkeit arbeitet.
Analoge Telefone in industriellen Anwendungen sowie bei elektronischen Musikinstrumenten (MIDI) arbeiten vorzugsweise mittels eines eingeprägten elektrischen Stroms. Markant waren auch Fernschreiber.
Im einfachsten Fall ist bei der Stromschnittstelle der Sender oder Messwertgeber eine einstellbare Stromquelle und der Empfänger besteht aus einem niederohmigen Abschlusswiderstand (Shunt-Widerstand), an dem über den Spannungsabfall der Messstrom bestimmt wird.
Analoge Stromschnittstelle
Werden analoge Spannungswerte von einem Messwertgeber über ein Kabel zu einem Empfänger übertragen, so werden diese verfälscht. Ursache ist der nötige Messstrom, der im Kabel aufgrund des unerwünschten Kabelinnenwiderstandes einen Spannungsabfall erzeugt. Durch möglichst hochohmige Eingänge lässt sich der Messstrom minimieren und damit auch der Messfehler. Was bleibt, ist aufgrund des hochohmigen Aufbaus eine große Empfindlichkeit gegenüber Störungen kapazitiver und induktiver Art.
Daher werden Messwerte über größere Distanzen bevorzugt als Strom (4 bis 20 mA) übertragen. Bei der Stromübertragung spielen der Innenwiderstand und damit der Spannungsabfall des Kabels fast keine Rolle mehr. Des Weiteren ist der Strom des Messwertes meistens hinreichend groß gegenüber den Störströmen durch kapazitive Kopplung (z. B. 50-Hz-Brummen). Induktive Störungen lassen sich relativ leicht minimieren, indem ein verdrilltes Kabel verwendet wird.
Wird eine Stromschnittstelle verwendet, die dem Standard (4 bis 20 mA) entspricht, lassen sich noch weitere Vorteile ableiten.
- Mit einer Stromstärke von mindestens 4 mA lässt sich der Messwertgeber versorgen (nur eine Hin- und Rückleitung erforderlich).
- Kabelbruch (Strom < 4 mA) lässt sich detektieren.
Bei den Sensoren und Eingängen unterscheidet man aktive und passive.
- Aktiver Eingang für passive Sensoren: Der Eingang misst den Strom und hat eine Stromquelle. Der Sensor ist nur eine Stromsenke und kann deshalb 2-polig (2-Draht) ausgeführt sein
- Passiver Eingang für aktive Sensoren: Der Eingang misst den Strom, ist aber nur eine Stromsenke (üblicherweise nur ein Messwiderstand). Der Sensor hat zusätzlich eine Stromquelle und muss deshalb 4-polig (meist mit zusätzlichem Netzteil) ausgeführt sein
Daraus ergibt sich das z.B. ein passiver Sensor an einem passiven Eingang keine Messwerte übertragen, obwohl beide dem 0 bis 20mA Einheitssignal entsprechen, weil die Stromquelle fehlt.
Digitale Stromschnittstelle
Bei der digitalen Übertragung wird statt unterschiedlicher Spannungspegel bei der Stromschnittstelle das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Stroms als binäre Information gewertet.
Die 20-mA-Stromschleifenschnittstelle ist nach DIN 66258 standardisiert. Sie arbeitet mit einem maximalen Leerlaufspannungspegel von 24 V. Weil diese Spannung bei steilen Signalflanken zu erheblichem Nebensprechen führt, ist die Übertragung mit 20-mA-Schnittstellen in Fernmeldekabeln nicht zugelassen.