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工业接触式RTD测温的模拟前端设计

时间:2020-03-25 阅读:
随着工业生产的发展,温度测量与控制十分重要,温度参数的准确测量对输出品质、生产效率和安全可靠的运行至关重要。作为一家高性能模拟大厂,ADI公司拥有完善的测温/控温方案,从无源的电阻式温度检测器RTD、热电偶Thermocouple (TC),到直接电流/电压模拟量输出、SPI/IIC数字接口输出的半导体温度传感器。

与ADI合作三十多年的代理商——Excelpoint世健公司技术支持工程师Vincent Chen向我们介绍了ADI公司广受欢迎的适用于工业接触式RTD测温的模拟前端AFE AD7124-4/8。4JXEETC-电子工程专辑

图1:AD7124-4/8内部框图4JXEETC-电子工程专辑

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AD7124针对RTD测温而优化的丰富特性有以下几点:4JXEETC-电子工程专辑

1)6种可编程匹配激励电流,从50 µA、100 µA、250 µA、500 µA、750 µA到1 mA4JXEETC-电子工程专辑

2)xMux可将两路恒流源,切至所需通道,灵活构成2/3/4线制PT100测温4JXEETC-电子工程专辑

3)50 Hz/60 Hz同时抑制(25 SPS,40mS单周期建立,62dB rejection)4JXEETC-电子工程专辑

4)模拟输入缓冲器AIN buffer,再加上8种PGA可编程增益,1-128 V/V,无需外部额外的调理电路4JXEETC-电子工程专辑

5)比例式Ratiometric测量,消除激励电流源的精度和漂移等误差源。4JXEETC-电子工程专辑

ADI官网可以检索到测试验证过的实验室电路Circuit Note: 《CN-0381, 采用低功耗、精密、24位Σ-Δ型ADC的全集成式4线RTD测量系统》;以及《CN0383, 采用低功耗、精密、24位Σ-Δ型ADC的全集成式3线RTD测量系统》。4JXEETC-电子工程专辑

采用两点校准和线性化,在−50℃至+200℃的温度范围内,3线系统的整体精度优于±1℃。 在全功率模式、选择sinc4滤波器、输出数据速率为50 SPS的条件下,系统的典型无噪声码分辨率为17.9位;在低功耗模式、选择后置滤波器、输出数据速率为25 SPS的条件下,系统的典型无噪声码分辨率为16.8位。4JXEETC-电子工程专辑

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图2:温度精度测量(Sinc4滤波器、全功率模式、50 SPS,仅执行25℃一次性校准)4JXEETC-电子工程专辑

ADI出版的技术周刊《模拟对话Analog Dialogue》,解析了ADC前端R-C无源器件对测量精度的影响,详见ADI官网的《RTD比率式温度测量的模拟前端设计考虑》。4JXEETC-电子工程专辑

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图3:使用AD7124进行RTD测量的模拟输入配置4JXEETC-电子工程专辑

一片AD7124-8最多可支持8路3线制RTD。若对EMC抗扰要求很高,建议改用右侧的接法,一阶无源滤波的R/C值,可以取大。此时一片AD7124-8,仅支持4路3线制RTD。4JXEETC-电子工程专辑

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图4:三线制的两种接法,侧重于通道密度或者EMC性能4JXEETC-电子工程专辑

AD7124灵活的硬件配置,需配合同样灵活的软件配置,来最终实现。共计有8种独立设置(Channel Register不同于物理通道,甚至可以8/16路物理通道,采用同一套Config),每种设置包括以下四个寄存器:4JXEETC-电子工程专辑

• 配置寄存器 Config_N4JXEETC-电子工程专辑

• 滤波器寄存器 FILTER_N4JXEETC-电子工程专辑

• 失调寄存器 OFFSET_N4JXEETC-电子工程专辑

• 增益寄存器GAIN_N4JXEETC-电子工程专辑

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图5:差分和单端混合配置(使用多种公用设置)4JXEETC-电子工程专辑

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