高集成度模擬前端AFE AD7124在RTD測溫場合的應用

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，溫度測量與控制十分重要，溫度參數(shù)的準確測量對輸出品質(zhì)、生產(chǎn)效率和安全可靠的運行至關重要。作為一家高性能模擬大廠，ADI公司擁有完善的測溫/控溫方案，從無源的電阻式溫度檢測器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 測溫的模擬前端 AFE AD7124-4/8。

圖1：AD7124-4/8內(nèi)部框圖

AD7124針對RTD測溫而優(yōu)化的豐富特性有以下幾點：

1）6種可編程匹配激勵電流，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測溫

3）50 Hz/60 Hz 同時抑制(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 測量，消除激勵電流源的精度和漂移等誤差源。

ADI官網(wǎng)可以檢索到測試驗證過的實驗室電路 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測量系統(tǒng)》。

采用兩點校準和線性化，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：溫度精度測量（Sinc4濾波器、全功率模式、50 SPS，僅執(zhí)行25℃一次性校準）

ADI出版的技術周刊《模擬對話Analog Dialogue》，解析了ADC前端R-C無源器件對測量精度的影響，詳見ADI官網(wǎng)的《RTD比率式溫度測量的模擬前端設計考慮》。

圖3：使用AD7124進行RTD測量的模擬輸入配置

一片AD7124-8最多可支持8路3線制RTD。若對 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，來最終實現(xiàn)。共計有8種獨立設置（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），每種設置包括以下四個寄存器：

?   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（使用多種公用設置）

ADI官網(wǎng)提供non-os的驅(qū)動代碼，一段典型的驅(qū)動初始化代碼，如下：

以下為建議ADC配置流程：

據(jù)了解，在世健公司的技術支持下，多家業(yè)內(nèi)知名的本土工控大廠采用AD7124-8設計的多通道RTD/TC測溫板卡，已量產(chǎn)上市。