隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,溫度測(cè)量與控制十分重要,溫度參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)輸出品質(zhì)、生產(chǎn)效率和安全可靠的運(yùn)行至關(guān)重要。作為一家高性能模擬大廠,ADI公司擁有完善的測(cè)溫/控溫方案,從無源的電阻式溫度檢測(cè)器RTD、熱電偶Thermocouple (TC),到直接電流/電壓模擬量輸出、SPI/IIC數(shù)字接口輸出的半導(dǎo)體溫度傳感器。
與ADI合作三十多年的代理商——Excelpoint世健公司技術(shù)支持工程師Vincent Chen向我們介紹了ADI公司廣受歡迎的適用于工業(yè)接觸式RTD測(cè)溫的模擬前端AFE AD7124-4/8。
圖1:AD7124-4/8內(nèi)部框圖
AD7124針對(duì)RTD測(cè)溫而優(yōu)化的豐富特性有以下幾點(diǎn):
1)6種可編程匹配激勵(lì)電流,從50 µA、100 µA、250 µA、500 µA、750 µA到1 mA
2)xMux可將兩路恒流源,切至所需通道,靈活構(gòu)成2/3/4線制PT100測(cè)溫
3)50 Hz/60 Hz同時(shí)抑制(25 SPS,40mS單周期建立,62dB rejection)
4)模擬輸入緩沖器AIN buffer,再加上8種PGA可編程增益,1-128 V/V,無需外部額外的調(diào)理電路
5)比例式RaTIometric測(cè)量,消除激勵(lì)電流源的精度和漂移等誤差源。
ADI官網(wǎng)可以檢索到測(cè)試驗(yàn)證過的實(shí)驗(yàn)室電路Circuit Note: 《CN-0381, 采用低功耗、精密、24位Σ-Δ型ADC的全集成式4線RTD測(cè)量系統(tǒng)》;以及《CN0383, 采用低功耗、精密、24位Σ-Δ型ADC的全集成式3線RTD測(cè)量系統(tǒng)》。
采用兩點(diǎn)校準(zhǔn)和線性化,在−50℃至+200℃的溫度范圍內(nèi),3線系統(tǒng)的整體精度優(yōu)于±1℃。 在全功率模式、選擇sinc4濾波器、輸出數(shù)據(jù)速率為50 SPS的條件下,系統(tǒng)的典型無噪聲碼分辨率為17.9位;在低功耗模式、選擇后置濾波器、輸出數(shù)據(jù)速率為25 SPS的條件下,系統(tǒng)的典型無噪聲碼分辨率為16.8位。
圖2:溫度精度測(cè)量(Sinc4濾波器、全功率模式、50 SPS,僅執(zhí)行25℃一次性校準(zhǔn))
ADI出版的技術(shù)周刊《模擬對(duì)話Analog Dialogue》,解析了ADC前端R-C無源器件對(duì)測(cè)量精度的影響,詳見ADI官網(wǎng)的《RTD比率式溫度測(cè)量的模擬前端設(shè)計(jì)考慮》。
圖3:使用AD7124進(jìn)行RTD測(cè)量的模擬輸入配置
一片AD7124-8最多可支持8路3線制RTD。若對(duì)EMC抗擾要求很高,建議改用右側(cè)的接法,一階無源濾波的R/C值,可以取大。此時(shí)一片AD7124-8,僅支持4路3線制RTD。
圖4:三線制的兩種接法,側(cè)重于通道密度或者EMC性能
AD7124靈活的硬件配置,需配合同樣靈活的軟件配置,來最終實(shí)現(xiàn)。共計(jì)有8種獨(dú)立設(shè)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),每種設(shè)置包括以下四個(gè)寄存器:
• 配置寄存器 Config_N
• 濾波器寄存器 FILTER_N
• 失調(diào)寄存器 OFFSET_N
• 增益寄存器GAIN_N
圖5:差分和單端混合配置(使用多種公用設(shè)置)
ADI官網(wǎng)提供non-os的驅(qū)動(dòng)代碼,一段典型的驅(qū)動(dòng)初始化代碼,如下:
以下為建議ADC配置流程:
據(jù)了解,在世健公司的技術(shù)支持下,多家業(yè)內(nèi)知名的本土工控大廠采用AD7124-8設(shè)計(jì)的多通道RTD/TC測(cè)溫板卡,已量產(chǎn)上市。