【導讀】yongyuceliangmoniliangdexinhaoliantongchanggeigongchengshidailaiyanjundeshejitiaozhan。jishishidaiyoudianzuchuanganqihemoshushujucaijixitongdejiandanxinhaolianyeshejiduogefuzayinsu，zaijinxingyouxiaoceliangzhiqianbixuchulizhexieyinsu。

yongyuceliangmoniliangdexinhaoliantongchanggeigongchengshidailaiyanjundeshejitiaozhan。jishishidaiyoudianzuchuanganqihemoshushujucaijixitongdejiandanxinhaolianyeshejiduogefuzayinsu，zaijinxingyouxiaoceliangzhiqianbixuchulizhexieyinsu。

當dang係xi統tong使shi用yong不bu同tong的de傳chuan感gan器qi時shi，這zhe些xie因yin素su的de管guan理li就jiu更geng加jia複fu雜za。本ben文wen通tong過guo不bu同tong類lei型xing的de電dian阻zu傳chuan感gan器qi的de插cha圖tu討tao論lun了le開kai發fa人ren員yuan為wei實shi現xian測ce量liang而er需xu要yao解jie決jue的de不bu同tong問wen題ti。

在抽象層麵上，所有使用電阻傳感器的係統中的模擬信號鏈或多或少類似於圖 1所示。

圖 1：基本模擬信號鏈

盡jin管guan所suo有you信xin號hao鏈lian在zai塊kuai級ji別bie上shang看kan起qi來lai都dou相xiang同tong，但dan每mei個ge塊kuai的de參can數shu將jiang根gen據ju許xu多duo因yin素su而er有you所suo不bu同tong。這zhe些xie因yin素su中zhong重zhong要yao的de是shi要yao考kao慮lv的de是shi物wu理li量liang單dan位wei變bian化hua時shi傳chuan感gan器qi兩liang端duan電dian阻zu的de變bian化hua（以及電壓的變化）、傳感器與測量係統的距離（即由於導線電阻引起的測量誤差）
、係統的精度、幹擾類型和所需的精度。

這些因素決定了所需的激勵類型、傳感器與測量電路的連接方式、預處理電路和 ADC 所需的增益、所需濾波器的類型及其截止頻率以及分辨率和ADC的輸入範圍。

讓(rang)我(wo)們(men)從(cong)熱(re)敏(min)電(dian)阻(zu)開(kai)始(shi)，研(yan)究(jiu)不(bu)同(tong)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)以(yi)及(ji)使(shi)用(yong)它(ta)們(men)時(shi)與(yu)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)鏈(lian)相(xiang)關(guan)的(de)主(zhu)要(yao)限(xian)製(zhi)。熱(re)敏(min)電(dian)阻(zu)在(zai)整(zheng)個(ge)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)內(nei)呈(cheng)現(xian)極(ji)非(fei)線(xian)性(xing)。電(dian)阻(zu)隨(sui)溫(wen)度(du)的(de)變(bian)化(hua)是(shi)複(fu)雜(za)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)函(han)數(shu)：

1/T = A + B ln(R) + C (ln(R)) 3

其中 T 是溫度，R 是電阻。 A、B 和 C 是熱敏電阻特定的常數。

由(you)於(yu)方(fang)程(cheng)的(de)算(suan)術(shu)複(fu)雜(za)性(xing)，可(ke)能(neng)不(bu)建(jian)議(yi)在(zai)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)中(zhong)實(shi)現(xian)它(ta)。因(yin)此(ci)，實(shi)現(xian)此(ci)計(ji)算(suan)的(de)一(yi)般(ban)方(fang)法(fa)是(shi)使(shi)用(yong)電(dian)阻(zu)和(he)相(xiang)應(ying)溫(wen)度(du)值(zhi)的(de)查(zha)找(zhao)表(biao)。然(ran)後(hou)使(shi)用(yong)分(fen)段(duan)算(suan)術(shu)計(ji)算(suan)溫(wen)度(du)。

suiranzengyibianhuahepianyikenenghuidaozhiceliangwucha
，danzhexiewuchaduiyujiyuremindianzudewenduchuanganqidejingduyaoqiulaishuotaixiaole。zengyibianhuahepianyijiangzaibenwenhoumiande RTD 部分中討論。

考慮到電阻的測量
，可以有多種直接測量的方式，如圖2所示。

圖 2(a)、2(b)
、2(c)：電阻測量拓撲

圖 2(a) 所示的拓撲使用電壓 DAC 來激勵電阻分壓器。電路中的一個電阻是傳感器本身
，另一個電阻是已知值的參考電阻。這種拓撲結構可以工作；然而，單端測量有一些缺點。其中之一是傳感器附近的 Vss 與 ADC 的實際內部 Vss 之間的接地偏移，這將導致偏移。

另一方麵，如圖 2(b) 所示，當 ADC 的 –ve 輸入靠近電阻分接時，模擬地和 ADC 的(de)地(di)相(xiang)同(tong)。由(you)於(yu)差(cha)分(fen)線(xian)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)之(zhi)前(qian)會(hui)彼(bi)此(ci)靠(kao)近(jin)運(yun)行(xing)，因(yin)此(ci)一(yi)根(gen)線(xian)上(shang)的(de)任(ren)何(he)拾(shi)取(qu)都(dou)會(hui)在(zai)另(ling)一(yi)根(gen)上(shang)複(fu)製(zhi)。當(dang)使(shi)用(yong)差(cha)分(fen)測(ce)量(liang)結(jie)構(gou)測(ce)量(liang)時(shi)

，該(gai)信(xin)號(hao)會(hui)被(bei)抵(di)消(xiao)，因(yin)為(wei)它(ta)是(shi)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)。該(gai)圖(tu)中(zhong)需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)另(ling)一(yi)點(dian)是(shi)，在(zai)測(ce)量(liang) Rsensor 兩端的電壓時，+ve 輸入在傳感器本身附近分接。這可確保測量不會因導線電阻而產生誤差。

圖 2(c) 顯示了使用電流 DAC 來lai激ji勵li傳chuan感gan器qi的de拓tuo撲pu。傳chuan感gan器qi兩liang端duan測ce量liang的de電dian壓ya將jiang提ti供gong其qi電dian阻zu的de準zhun確que測ce量liang。就jiu所suo需xu外wai部bu組zu件jian的de數shu量liang而er言yan，電dian流liu激ji勵li是shi拓tuo撲pu。它ta不bu需xu要yao任ren何he參can考kao電dian阻zu。然ran而er，為wei了le校xiao準zhun係xi統tong的de增zeng益yi誤wu差cha，需xu要yao一yi個ge外wai部bu電dian阻zu。請qing注zhu意yi
，對dui於yu那na些xie不bu需xu要yao非fei常chang高gao精jing度du的de應ying用yong，不bu需xu要yao增zeng益yi誤wu差cha補bu償chang，因yin此ci不bu需xu要yao外wai部bu參can考kao電dian阻zu。

電阻溫度檢測器 (RTD )

RTD（電阻溫度檢測器）在 0 o C時的電阻 約為 100 歐姆，溫度每變化一度，都會導致接近 0.385 歐姆的變化。由於 RTD 的電阻較低 ，因此導線電阻的影響對其精度起著重要作用。

RTD 使用恒流源進行激勵。 RTD 兩端的電壓可以使用 3 線法或 4 線法進行測量
，具體取決於從測量係統到 RTD 的並行布線數量。由於 RTD 安裝在遠離測量係統的位置
，因此 3 線法或 4 線法可以測量 RTD 兩端的電壓。由於電線成本

，通常優選電線測量方法。圖 3 顯示了用於 3 線測量的 RTD 接口圖。

圖 3：3 線 RTD 測量

在圖 3 中，當在個通道上測量電壓時，它不僅僅是 RTD 兩端的電壓。事實上，它是在 RTD 上測量的壓降以及 IDAC 和 RTD zhijiandexiandianzu。youdaoxiandianzuyinqidewuchakeyitongguoduozhongfangshichuli。yizhongfangfashishoudongceliangdianxiandedianzu，ranhoujiangqicunchuweichangshu。meicijinxingceliangshi，doukeyijianqugaidianzu。

另一種方法是測量 RTD 正極端子與 DAC shuchuyinjiaozhijiandeyajiang。ruguodianxianguigexiangtong
，zetamenjiangjuyouxiangtongdedianzu

，bingqiekeyicongchuanganqishangceliangdedianyazhongjianqushangyibuzhongceliangdedianya。raner
，ruguodaoxianbuduicheng，rengrankenengcunzaiyixiewucha。ciwai
，cifangfajiangxiaohaoyigeewaideyinjiaolaijiang DAC 的輸出引腳連接到 ADC 輸入。

圖 4：4 線 RTD 測量

為了實現測量
，如圖 4所示的 4 線配置。負輸入和正輸入均從靠近 RTD 的位置分接，從而消除了因導線電阻而產生的誤差。在設計 RTD 信號鏈時
，該鏈的輸入阻抗需要非常高，以保持輸入電流可以忽略不計。如果 ADC 的輸入阻抗較低，則應在連接 ADC 之前將信號饋送到緩衝器。

如前所述

，係統中會存在隨溫度變化的偏移。可以使用相關雙采樣 (CDS) 消除隨溫度和低頻噪聲變化的失調/失調漂移。使用 CDS，首先測量零參考偏移（為了測量它

，兩個輸入都短路），然後測量傳感器兩端的電壓。在圖 3 和圖 4 中，為了測量零參考信號，ADC 連接到通道 1。

當測量傳感器兩端的電壓時，它將包括實際的熱電偶電壓、偏移和噪聲（公式 1）。在圖 3 和圖 4 中，它是在通道 0 上測量的電壓。

V R_Signal = V RTD + V N + V偏移    （等式 1）

零參考讀數由公式 2給出。

V Zero_Ref = V N + V偏移           （等式 2）

相對於當前零參考測量的先前零參考樣本由等式3給出。

V Zero_ref_Prev = (V N + V offset ) ×   Z -1       (Eq. 3)

那麼，傳感器上的當前電壓測量值與之前的零參考信號之間的差值由等式 4給出。

V信號= (V RTD + V N + V偏移) – (V N + V偏移) × Z -1     (公式 4)

V信號 = V RTD – (V N + V偏移) × (1-1/Z)(Eq.5)

由於連續樣本的偏移量相當恒定，因此公式 5 將得出公式 6。

V信號 = V RTD – V N ×(1-1/Z)(方程 6)

使用雙線性變換
，Z = (1 + sT/2)/(1-sT)，其中 T 為 1/fsample，方程 6 可寫為方程 7。

V信號= V RTD – V N × (2s/(s+ 2f樣本)(Eq. 7)

如果我們分析方程 7，它是高通響應。另一方麵，ADC 具有低通響應。這有助於降低係統的整體噪音。此外
，查看圖 4 中所示的拓撲，很明顯係統的精度完全取決於 IDAC 的精度。如果 IDAC 偏差 5%，那麼計算也會偏差 5%。

這是測量中的增益誤差項，對於大多數係統來說是不可接受的。還有其他因素會導致增益誤差，其中 ADC 及其參考精度是首要原因。如果 ADC 的參考精度僅為 1%，則使用 ADC 進行的所有測量都會遭受 1% 的增益誤差。由於我們在這裏測量溫度，因此漂移問題可能會帶來更深層次的問題。

避免這些不同增益誤差影響的方法是根據更準確的參數參考所有測量結果。 0.1% 電阻可用於此目的。圖 5 顯示了校準電阻的連接拓撲。

　圖 5：具有增益誤差補償的 4 線 RTD 測量

電流首先通過參考電阻並測量電壓，從而測量其電阻。這種測量很容易出現前麵討論的增益誤差。然而
，在下一步中，相同的電流通過 RTD，並使用相同的設置測量其兩端的電壓。兩個 ADC 測量值的比率消除了由於 RTD 的電阻測量是參考參考電阻器而產生的任何增益誤差。係統的精度現在基於所使用的參考電阻的精度/容差。

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