溫度比特轉(zhuǎn)換器解決了溫度傳感器測(cè)量難題

　　RTD：重要的是什么?

　　典型PT100 RTD的電阻值在溫度每變化1/10℃時(shí)變化不到0.04Ω，在100μA電流激勵(lì)時(shí)對(duì)應(yīng)4μV信號(hào)電平。低ADC偏移和噪聲對(duì)于準(zhǔn)確測(cè)量至關(guān)重要。測(cè)量相對(duì)于檢測(cè)電阻器而言是比例式的，不過在計(jì)算溫度時(shí)，激勵(lì)電流和基準(zhǔn)電壓的絕對(duì)值不那么重要。

　　以前，RTD和檢測(cè)電阻器之間的比例式測(cè)量是用單個(gè)ADC執(zhí)行的。檢測(cè)電阻器的壓降用作測(cè)量RTD壓降的ADC之基準(zhǔn)輸入。這種架構(gòu)需要10 kΩ或更大的檢測(cè)電阻器，因此需要緩沖，以防止由ADC基準(zhǔn)輸入動(dòng)態(tài)電流導(dǎo)致的壓降。既然檢測(cè)電阻器的值至關(guān)重要，那么緩沖器就必須是低偏移、低漂移和低噪聲的。這種架構(gòu)使電流源難以輪換，以消除寄生熱電偶效應(yīng)。增量累加ADC的基準(zhǔn)輸入更易于受到噪聲而不是輸入的影響，而且低基準(zhǔn)電壓值可能導(dǎo)致不穩(wěn)定性。LTC2983的多ADC架構(gòu)解決了所有這些問題(參見圖1)。LTC2983運(yùn)用了兩個(gè)高度匹配、有緩沖和自動(dòng)校準(zhǔn)的ADC，一個(gè)用于RTD，另一個(gè)用于檢測(cè)電阻器。這些ADC同時(shí)測(cè)量RTD和Rsense，計(jì)算RTD電阻，并依據(jù)這些數(shù)據(jù)查一個(gè)基于ROM的表，最終以℃為單位輸出RTD溫度。

　　圖1 用LTC2983測(cè)量RTD溫度

　　RTD有很多種配置：2線、3線和4線。LTC2983以可配置的單一硬件解決方案提供所有3種配置。該器件可在多個(gè)RTD之間共享單一檢測(cè)電阻器。其高阻抗輸入允許在RTD和ADC輸入之間接入外部保護(hù)電路，而不會(huì)引入誤差。該器件還可以自動(dòng)輪換電流激勵(lì)，以消除外部熱誤差(寄生熱電偶)。在檢測(cè)電阻器的寄生引線電阻降低性能的情況下，LTC2983允許用Rsense進(jìn)行開爾文檢測(cè)。

　　LTC2983包括故障檢測(cè)電路。該器件可以確定，檢測(cè)電阻器或RTD是否損壞或短路。如果所測(cè)溫度高于或低于RTD規(guī)定的最高或最低溫度，LTC2983就發(fā)出警告。當(dāng)RTD用作熱電偶的冷接點(diǎn)傳感器時(shí)，3個(gè)ADC同時(shí)測(cè)量熱電偶、檢測(cè)電阻器和RTD。RTD故障信息傳遞到熱電偶測(cè)量結(jié)果中，同時(shí)RTD溫度自動(dòng)地用來補(bǔ)償冷接點(diǎn)溫度。

　　熱敏電阻器概述

　　熱敏電阻器是電阻值隨溫度變化而改變的電阻器。與RT D不同，熱敏電阻器的電阻值在其溫度變化范圍內(nèi)的變化可以達(dá)到多個(gè)量級(jí)。為了測(cè)量熱敏電阻器，要給傳感器串聯(lián)連接一個(gè)檢測(cè)電阻器。給該網(wǎng)絡(luò)加上激勵(lì)電流，并進(jìn)行比例式測(cè)量。熱敏電阻器的電阻值以歐姆為單位，可以根據(jù)這個(gè)比率確定。這個(gè)電阻值用來確定傳感器的溫度，進(jìn)而求解Steinhart-Hart方程或查詢表數(shù)據(jù)。LTC2983自動(dòng)地產(chǎn)生激勵(lì)電流，同時(shí)測(cè)量檢測(cè)電阻器和熱敏電阻器電壓，計(jì)算熱敏電阻器的電阻，并以℃為單位報(bào)告結(jié)果。熱敏電阻器一般在-40℃～150℃工作。LTC2983包含計(jì)算2.252kΩ、3kΩ、5kΩ、10kΩ和30kΩ標(biāo)準(zhǔn)熱敏電阻器溫度所需的系數(shù)。因?yàn)橛卸喾N類型和電阻值的熱敏電阻器，所以LTC2983可用定制熱敏電阻器表數(shù)據(jù)(R和T)或Steinhart-Hart系數(shù)來設(shè)定。

　　熱敏電阻器：重要的是什么?

　　熱敏電阻器的電阻值在其溫度變化范圍內(nèi)的變化可以達(dá)到多個(gè)量級(jí)。例如，一個(gè)在室溫時(shí)10kΩ的熱敏電阻器在最高溫度時(shí)可能低至100Ω，而在最低溫度時(shí)可能>300kΩ，而其他熱敏電阻器標(biāo)準(zhǔn)可能達(dá)至1MΩ以上。

　　典型情況下，為了適應(yīng)大阻值電阻，會(huì)使用電流非常小的激勵(lì)電流源和阻值較大的檢測(cè)電阻器。這導(dǎo)致在熱敏電阻器阻值范圍的低端，信號(hào)電平非常低。需要輸入緩沖器和基準(zhǔn)緩沖器隔離ADC的動(dòng)態(tài)輸入電流和這些較大的電阻器。但是如果沒有單獨(dú)的電源，緩沖器在靠近地時(shí)工作不是很好，而且需要最大限度減小偏移/噪聲誤差。LTC2983解決了所有這些問題(參見圖2)。該器件整合了一個(gè)連續(xù)校準(zhǔn)的專有緩沖器和多ADC架構(gòu)，該緩沖器能夠在地電平甚至在低于地電平時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。兩個(gè)匹配的緩沖ADC同時(shí)測(cè)量熱敏電阻器和檢測(cè)電阻器，計(jì)算(基于標(biāo)準(zhǔn))熱敏電阻器的溫度，并以℃為單位報(bào)告結(jié)果。不需要大阻值檢測(cè)電阻器，從而允許多個(gè)RTD和不同類型的熱敏電阻器共用單一檢測(cè)電阻器。LTC2983還可以視熱敏電阻器輸出電阻的不同，而自動(dòng)設(shè)定不同的激勵(lì)電流范圍。

　　典型情況下，為了適應(yīng)大阻值電阻，會(huì)使用電流非常小的激勵(lì)電流源和阻值較大的檢測(cè)電阻器。這導(dǎo)致在熱敏電阻器阻值范圍的低端，信號(hào)電平非常低。需要輸入緩沖器和基準(zhǔn)緩沖器隔離ADC的動(dòng)態(tài)輸入電流和這些較大的電阻器。但是如果沒有單獨(dú)的電源，緩沖器在靠近地時(shí)工作不是很好，而且需要最大限度減小偏移/噪聲誤差。LTC2983解決了所有這些問題(參見圖2)。該器件整合了一個(gè)連續(xù)校準(zhǔn)的專有緩沖器和多ADC架構(gòu)，該緩沖器能夠在地電平甚至在低于地電平時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。兩個(gè)匹配的緩沖ADC同時(shí)測(cè)量熱敏電阻器和檢測(cè)電阻器，計(jì)算(基于標(biāo)準(zhǔn))熱敏電阻器的溫度，并以℃為單位報(bào)告結(jié)果。不需要大阻值檢測(cè)電阻器，從而允許多個(gè)RTD和不同類型的熱敏電阻器共用單一檢測(cè)電阻器。LTC2983還可以視熱敏電阻器輸出電阻的不同，而自動(dòng)設(shè)定不同的激勵(lì)電流范圍。

　　圖2 用LTC2983測(cè)量熱敏電阻器溫度