RTD適合測量–200°C至+800°C的溫度，在該溫度範圍內
，這些器件的響應接近線性。RTD使用的典型元素有鎳、銅和鉑，100 Ω和1000 Ω鉑製RTD最為常見。RTD有2線、3線或4線形式
，其中3線和4線形式最為常用。RTD是無源傳感器，需要一個激勵電流來產生輸出電壓。RTD的輸出電平從數十毫伏到數百毫伏不等，取決於所選的RTD。

 

 

圖1顯示了一個3線RTD係統。 AD7124-4/AD7124-8包括該係統所需的全部構建模塊。為了全麵優化該係統，需要2個完美匹配的電流源。這兩個電流源用於抵消RTD的RL1和RL2產生的引線電阻誤差。一個激勵電流流過精密基準電阻RREF和RTD。另一個電流流過引線電阻RL2

，所產生的電壓與RL1上的壓降相抵消。精密基準電阻上產生的電壓用作ADC的基準電壓REFIN1(±)。由於僅利用一個激勵電流來產生基準電壓和RTD上的電壓
，因此，該電流源的精度、失配和失配漂移對ADC整體傳遞函數的影響極小。AD7124-4/AD7124-8允許用戶選擇激勵電流值
，從而調整係統以使用ADC的大部分輸入範圍，提高性能。

 

圖1. 3線RTD溫度測量係統

 

RTD的低電平輸出電壓需要放大
，以便利用ADC的大部分輸入範圍。AD7124-4/AD7124-8的PGA可以設置1到128的增益
，允許用戶在激勵電流值和增益與性能之間進行取舍。出於抗混疊和EMC目的，傳感器與ADC之間需要濾波。基準電壓緩衝器支持無限的濾波器R、C元件值，這些元件不會影響測量精度。

 

係統還需要校準以消除增益和失調誤差。圖2顯示了此3線B級RTD在執行內部零電平和滿量程校準後的實測溫度誤差，總誤差遠小於±1°C。

 

圖2. 3線RTD溫度測量係統

 

將精密基準電壓放在RTD高端的配置非常適合采用單個RTD的係統。需要多個RTD時，精密基準電阻應放在低端，以便所有RTD傳感器共用該基準電阻。針對這種方案

，激勵電流的匹配和匹配漂移性能必須更好。有兩種技術可用來降低激勵電流源失配引起的誤差：

 

1.利用AD7124-4/AD7124-8的交叉多路複用器功能、精密基準電阻和ADC的內部低漂移基準電壓源，測量這兩個電流。

 

2.執行係統斬波，這些電流交換到RTD的不同端，將兩個結果的平均值用於溫度的整體計算。

 

 

4線RTD測量隻需要一個激勵電流源。圖3顯示了一個4線RTD係統。像3線RTD係統一樣
，所用的基準輸入為REFIN1(±)，基準電壓緩衝器使能，以支持不受限製的抗混疊或EMC濾波。流經RTD的電流也會流過精密基準電阻RREF，其用於產生ADC的基準電壓。這種配置導致基準電壓與RTD上產生的電壓之間呈比例關係。比率式配置確保激勵電流值的波動不會影響係統總體精度。圖4顯示了一個4線B級RTD在執行內部零電平和滿量程校準後的實測RTD溫度誤差。與3線配置類似
，記錄到的總誤差遠小於±1°C。

 

圖3. 4線RTD溫度測量係統

 

圖4. 4線RTD溫度測量係統

 

 

溫度測量係統以低速測量為主(最高速度通常是每秒100次采樣)。因此，這種係統需要低帶寬ADC，但ADC必須有高分辨率。Σ-Δ型ADC適合此類應用，因為利用Σ-Δ結構能夠開發出低帶寬、高分辨率ADC。

 

采用Σ-Δxingzhuanhuanqishi，duimonishurulianxucaiyang
，caiyangpinlvbimubiaopinduangaohenduo。tahaishiyongzaoshengzhengxing，jiangzaoshengtuidaomubiaopinduanzhiwai，jinruzhuanhuanguochengweishiyongdequyu，congerjinyibujiangdimubiaopinduanneidezaosheng。shuzilvboqihuishuaijianrenhechuzaimubiaopinduanzhiwaidexinhao。

 

數字濾波器在采樣頻率和采樣頻率的倍數處有鏡像，因此，需要一些外部抗混疊濾波器。然而，由於過采樣

，簡單的一階RC濾波器即足以滿足大部分應用的要求。Σ-Δ架構允許24位ADC實現最高達21.7位的峰峰值分辨率(21.7個穩定或無閃爍位)。

 

 

除了如上所述的抑製噪聲以外，數字濾波器還用於提供50 Hz/60 Hz抑製。係統采用主電源供電時，會發生50 Hz或60 Hz幹擾。主電源會產生50 Hz及其倍數(歐洲)和60 Hz及其倍數(美國)的噪聲。低帶寬ADC主要使用sinc濾波器，可將其陷波頻率設置在50 Hz和/或60 Hz及其倍數處，從而提供50 Hz/60 Hz及其倍數的抑製。現在越來越多地要求利用建立時間較短的濾波方法提供50 Hz/60 Hz抑製。在多通道係統中，ADCshuncichulisuoyoushinengdetongdao，zaimeigetongdaoshangchanshengzhuanhuanjieguo。xuanzeyigetongdaohou
，bianxuyaolvboqijianlishijianyichanshengyouxiaozhuanhuanjieguo。ruosuoduanjianlishijian
，zeketigaogeidingshijianneizhuanhuandetongdaoshu。AD7124-4/AD7124-8的後置濾波器或FIR濾波器可提供50 Hz/60 Hz同時抑製
，並且其建立時間比sinc3或sinc4濾波器要短。圖5顯示了一個數字濾波器選項
，此後置濾波器的建立時間為41.53 ms
，並且提供62 dB的50 Hz/60 Hz同時抑製。

 

圖5. 後置濾波器頻率響應；25 sps，a) DC至600 Hz，b) 40 Hz至70 Hz

 

功耗
 

係統的功耗取決於最終應用。一些工業應用中，例如工廠中的溫度監控，包括傳感器、ADC和微控製器在內的整個溫度係統都位於一塊采用4 mA至20 mA環路供電的獨立電路板上。因此，獨立電路板的電流預算最大值為4 mA。在zai便bian攜xie式shi設she備bei中zhong，例li如ru用yong於yu分fen析xi礦kuang山shan中zhong存cun在zai哪na些xie氣qi體ti的de氣qi體ti分fen析xi儀yi，溫wen度du測ce量liang必bi須xu與yu氣qi體ti分fen析xi一yi同tong進jin行xing。這zhe些xie係xi統tong采cai用yong電dian池chi供gong電dian，其qi設she計ji目mu標biao是shi要yao使shi電dian池chi的de使shi用yong壽shou命ming最zui長chang。這zhe些xie應ying用yong中zhong
，低di功gong耗hao至zhi關guan重zhong要yao
，同tong時shi仍reng然ran要yao求qiu高gao性xing能neng。在zai過guo程cheng控kong製zhi應ying用yong中zhong，允yun許xu係xi統tong消xiao耗hao更geng多duo的de電dian流liu。對dui於yu此ci類lei應ying用yong
，設she計ji要yao求qiu可ke能neng是shi在zai一yi定ding時shi間jian內nei處chu理li更geng多duo的de通tong道dao
，同tong時shi仍reng要yao達da到dao某mou一yi性xing能neng水shui平ping。AD7124-4/AD7124-8包含三種功耗模式，用戶可通過一個寄存器中的2weilaixuanze。suoxuandegonghaomoshijuedingshuchushujusulvdefanweiyijipianneimonimokuaixiaohaodedianliu。yinci，duiyuhuanlugongdianhuodianchigongdianxitong，gaiqijiankegongzuozaizhonggonghaohuodigonghaomoshixia。zaiguochengkongzhixitongzhong
，gaiqijiankegongzuozaiquangonglvmoshixia
，tongguoxiaohaogengduodedianliulaitigaoxingneng。

 

 

診斷在工業應用中日益重要。典型的診斷要求包括：

 

 

對於設計用於故障安全應用的係統，片內診斷功能可節省客戶的設計時間、外部元件
、電路板空間和成本。AD7124-4/AD7124-8等器件便包括上述診斷特性。根據IEC 61508，使用該器件的典型溫度應用的失效模式影響和診斷分析(FMEDA)表明安全失效比例(SFF)大於90%。一般需要兩個傳統ADC才能達到這一水平。

 

 

溫度測量係統對ADC和he係xi統tong的de要yao求qiu非fei常chang苛ke刻ke。這zhe些xie傳chuan感gan器qi產chan生sheng的de模mo擬ni信xin號hao很hen弱ruo，必bi須xu用yong增zeng益yi級ji予yu以yi放fang大da，同tong時shi增zeng益yi級ji的de噪zao聲sheng必bi須xu非fei常chang低di，確que保bao其qi不bu會hui淹yan沒mei傳chuan感gan器qi的de信xin號hao。放fang大da器qi之zhi後hou需xu接jie一yi個ge高gao分fen辨bian率lvADC，以將傳感器的低電平信號轉換為數字信息。采用Σ-Δ架構的ADC適合此類應用
，因為利用這種結構能夠開發出高分辨率
、高精度ADC。除了ADChezengyijizhiwai，wenduceliangxitonghaixuyaoqitayuanjian，rujilidianliuhejizhundianyahuanchongqideng。zuihou
，zuizhongyingyongjuedingxitongkeyixiaohaodedianliuyusuan。bianxieshihuohuanlugongdianxitongbixushiyongdigonghaoqijian
，jiashangzhenduiguzhanganquanxitongderongyu，meigeqijiandegonghaoyulianghuijinyibujiangdi。shurumokuaidengxitongxuyaozaigenggaotuntusulvxiadadaomouyixingnengshuiping，daozhitongdaomiduzengjia。shiyongjuyouduozhonggonghaomoshideqijiankeyijianqingyonghudefudan，yinweiyigeADC可以用於多種終端係統
，從而縮短設計時間。

 

本文轉載自亞德諾半導體。