新聞中心

EEPW首頁(yè) > 業(yè)界動(dòng)態(tài) > 采用RTD的高EMC性能精密溫度測(cè)量解決方案

采用RTD的高EMC性能精密溫度測(cè)量解決方案

作者:Jon Geng,ADI應(yīng)用工程師,Li Ke,ADI系統(tǒng)應(yīng)用工程師,Karl Wei,ADI核心應(yīng)用工程師 時(shí)間:2022-03-24 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏


本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/202203/432359.htm

簡(jiǎn)介

您是否想過(guò)如何設(shè)計(jì)一個(gè)具有高電磁兼容性(EMC)性能的精密溫度測(cè)量系統(tǒng)?本文將討論精密溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮因素,以及如何在保持測(cè)量精度的同時(shí)提高系統(tǒng)的EMC性能。我們將以RTD溫度測(cè)量為例介紹測(cè)試結(jié)果和數(shù)據(jù)分析,以便我們能夠輕松地從概念開(kāi)發(fā)出原型和產(chǎn)品并走向市場(chǎng)。

精密溫度測(cè)量和EMC挑戰(zhàn)

溫度測(cè)量是模擬領(lǐng)域中最常用的一項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)。許多測(cè)量技術(shù)可用來(lái)檢測(cè)環(huán)境溫度。熱敏電阻是一種小尺寸且簡(jiǎn)單的2線(xiàn)制方案,具有快速響應(yīng)時(shí)間,但其非線(xiàn)性和有限的溫度范圍限制了其精度和應(yīng)用。RTD是最穩(wěn)定、最精確的溫度測(cè)量方法。RTD設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于需要外部激勵(lì)、復(fù)雜電路和校準(zhǔn)。沒(méi)有溫度測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的工程師可能會(huì)氣餒。熱電偶(TC)可以提供堅(jiān)固耐用、便宜、不同測(cè)量范圍的解決方案,但完整的熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)需要冷端補(bǔ)償(CJC)。與熱敏電阻、TC和RTD相比,新型的數(shù)字溫度傳感器可以直接通過(guò)數(shù)字接口提供校準(zhǔn)的溫度數(shù)據(jù)。精密溫度測(cè)量需要高精度溫度傳感器和精密信號(hào)鏈來(lái)構(gòu)成一個(gè)溫度測(cè)量系統(tǒng)。TC、RTD和數(shù)字溫度傳感器的精度最高。精密信號(hào)鏈器件是可以獲得的,可用來(lái)收集這些傳感器信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為絕對(duì)溫度。在工業(yè)領(lǐng)域,達(dá)到0.1°C的精度是我們的目標(biāo)。這種精度測(cè)量不包括傳感器誤差。表1比較了不同類(lèi)型的溫度傳感器。

表1 不同類(lèi)型溫度傳感器的比較

溫度傳感器類(lèi)型

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

熱敏電阻

簡(jiǎn)單的2線(xiàn)方案,快速響應(yīng)時(shí)間,小尺寸

非線(xiàn)性,溫度范圍有限,不如TC和RTD那樣堅(jiān)固耐用,需要激勵(lì),自發(fā)熱會(huì)引起精度誤差

RTD

最穩(wěn)定、最精確,堅(jiān)固耐用,易于連接和實(shí)現(xiàn)

需要外部激勵(lì),非線(xiàn)性,自發(fā)熱會(huì)引起精度誤差

熱電偶

堅(jiān)固耐用,自供電,便宜,支持不同的溫度范圍(J、K、T、E、R、S、B、N),適合遠(yuǎn)距離測(cè)量

非線(xiàn)性,需要冷端補(bǔ)償(CJC),低輸出范圍需要低噪聲/低漂移電子元器件,精度為1%至3%

IC溫度傳感器

出廠完全校準(zhǔn),線(xiàn)性,穩(wěn)定,模擬和數(shù)字輸出

溫度范圍有限

創(chuàng)建數(shù)字溫度測(cè)量系統(tǒng)時(shí),特別是針對(duì)工業(yè)和鐵路等惡劣環(huán)境中的應(yīng)用時(shí),不僅要關(guān)注精度和設(shè)計(jì)難度,EMC性能也是保持系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵特性。系統(tǒng)需要額外的電路和分立器件以提高EMC性能。但是,更多的保護(hù)器件意味著更多的誤差源。因此,設(shè)計(jì)具有高檢測(cè)精度和高EMC性能的溫度測(cè)量系統(tǒng)是非常具有挑戰(zhàn)性的。溫度測(cè)量系統(tǒng)的EMC性能決定其能否在指定的電磁環(huán)境中正常工作。

ADI公司提供各種溫度測(cè)量解決方案,例如精密模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、模擬前端(AFE)、IC溫度傳感器等。ADI AFE解決方案提供多傳感器高精度數(shù)字溫度測(cè)量系統(tǒng),支持直接TC測(cè)量、直接RTD測(cè)量、直接熱敏電阻測(cè)量和定制傳感器應(yīng)用。當(dāng)增加EMC保護(hù)器件時(shí),一些特殊配置可以幫助保持高測(cè)量精度。圖1顯示了經(jīng)典比率式溫度測(cè)量電路和計(jì)算公式。

1648092335327246.jpg

圖1 經(jīng)典比率式溫度測(cè)量電路和計(jì)算公式

以下部分介紹了溫度檢測(cè)解決方案,以便系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠?qū)崿F(xiàn)出色的EMC性能。

RTD溫度測(cè)量解決方案

以LTC2983溫度測(cè)量AFE為例。系統(tǒng)控制器可以通過(guò)SPI接口直接從LTC2983讀取校準(zhǔn)的溫度數(shù)據(jù),精度為0.1°C,分辨率為0.001°C。連接4線(xiàn)RTD時(shí),激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn)功能可以自動(dòng)消除熱電偶的寄生效應(yīng),并降低信號(hào)電路漏電流的影響?;谶@些特性,LTC2983可以加速多通道精密溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)高EMC性能而無(wú)需復(fù)雜的電路設(shè)計(jì),讓您和您的客戶(hù)更有信心。圖2顯示了EMC保護(hù)的LTC2983溫度測(cè)量系統(tǒng)框圖。

1648092405101206.jpg

圖2 EMC保護(hù)的LTC2983溫度測(cè)量系統(tǒng)

RTD無(wú)疑是高精度溫度測(cè)量的出色選擇,可以測(cè)量-200°C至+800°C范圍內(nèi)的溫度。100Ω和1000Ω鉑RTD最常見(jiàn),但也可以由鎳或銅制成。

最簡(jiǎn)單的RTD溫度測(cè)量系統(tǒng)是2線(xiàn)配置,但引線(xiàn)電阻會(huì)引入額外的系統(tǒng)溫度誤差。將兩個(gè)匹配的電流源施加到RTD(引線(xiàn)電阻應(yīng)相等),3線(xiàn)配置便可消除引線(xiàn)電阻誤差。利用高阻抗開(kāi)爾文檢測(cè)直接測(cè)量傳感器,開(kāi)爾文配置或4線(xiàn)配置便可消除平衡或不平衡的引線(xiàn)電阻。然而,成本將是4線(xiàn)配置的主要障礙,因?yàn)槠湫枰嚯娎|,特別是針對(duì)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量。圖3顯示了不同的RTD接線(xiàn)配置1??紤]到實(shí)際的客戶(hù)用例,本文選擇了3線(xiàn)RTD配置并測(cè)試其EMC性能。

[GJ1] 

1648092448363546.jpg

圖3 不同RTD接線(xiàn)配置:(a) 2線(xiàn),(b) 3線(xiàn),(c) 4線(xiàn)

2線(xiàn)和3線(xiàn)RTD傳感器還可以在PCB上使用開(kāi)爾文配置。當(dāng)需要將限流電阻和RC濾波器添加到信號(hào)鏈路以保護(hù)器件的模擬輸入引腳時(shí),這些額外的電阻會(huì)引入很大的系統(tǒng)失調(diào)。例如,用4線(xiàn)開(kāi)爾文配置取代2線(xiàn)保護(hù)電路可以幫助消除該失調(diào),因?yàn)榧?lì)電流不會(huì)流過(guò)這些限流電阻和RC濾波器,保護(hù)電阻引起的誤差可以忽略不計(jì)(參見(jiàn)圖4)。欲了解更多信息,請(qǐng)參閱LTC2986數(shù)據(jù)手冊(cè)。

1648092476639515.jpg

圖4 4線(xiàn)配置消除額外的電阻誤差

溫度測(cè)量系統(tǒng)的穩(wěn)健性挑戰(zhàn)

與大多數(shù)溫度測(cè)量IC一樣,LTC2983可以耐受2 kV HBM ESD電平。但在工業(yè)自動(dòng)化、鐵路和其他苛刻電磁環(huán)境中,電子器件需要面對(duì)更高的干擾電平和更復(fù)雜的EMC事件,例如靜電放電(ESD)、電快速瞬變(EFT)、輻射敏感性(RS)、傳導(dǎo)敏感性(CS)和浪涌等。

為了降低下游設(shè)備遭到損壞的風(fēng)險(xiǎn)并提高系統(tǒng)的魯棒性,額外的分立保護(hù)器件是必要的。

EMC事件的三要素是噪聲源、耦合路徑和接收器。如圖5所示,在該溫度測(cè)量系統(tǒng)中,噪聲源來(lái)自周?chē)h(huán)境。耦合路徑是傳感器電纜,LTC2983是接收器。工業(yè)自動(dòng)化和鐵路應(yīng)用總是使用長(zhǎng)傳感器電纜來(lái)檢測(cè)遠(yuǎn)程器件的溫度。傳感器電纜的長(zhǎng)度可以是數(shù)米甚至數(shù)十米。較長(zhǎng)的電纜導(dǎo)致耦合路徑更大,溫度測(cè)量系統(tǒng)面臨更嚴(yán)重的EMI挑戰(zhàn)。

1648092500252591.jpg

圖5 溫度測(cè)量系統(tǒng)的EMI事件的三要素

采用TVS的系統(tǒng)級(jí)保護(hù)解決方案

瞬變電壓抑制器(TVS)和限流電阻是最常見(jiàn)的保護(hù)器件。選擇合適的TVS和限流電阻不僅可以提高系統(tǒng)穩(wěn)健性,還能保持系統(tǒng)的高測(cè)量性能。表2顯示了TVS器件的主要參數(shù),包括工作峰值反向電壓、擊穿電壓、最大箝位電壓和最大反向漏電流。工作峰值反向電壓必須高于最大傳感器信號(hào),以確保系統(tǒng)正常工作。擊穿電壓不應(yīng)比信號(hào)電壓高很多,以避免產(chǎn)生很寬的無(wú)保護(hù)電壓范圍。最大箝位電壓決定TVS可以抑制的最大干擾信號(hào)電壓。反向漏電流會(huì)對(duì)系統(tǒng)貢獻(xiàn)很大的測(cè)量誤差,因此應(yīng)選擇反向漏電流盡可能小的TVS。

表2 TVS主要參數(shù)

參數(shù)

描述

工作峰值反向電壓

低于該值時(shí)不會(huì)發(fā)生顯著導(dǎo)電現(xiàn)象的電壓

擊穿電壓

觸發(fā)規(guī)定導(dǎo)通的電壓

最大箝位電壓

傳導(dǎo)額定最大電流時(shí)器件上的最大電壓

最大反向漏電流

將不觸發(fā)導(dǎo)通的最大電壓施加到TVS時(shí)的漏電流

正常工作條件下,TVS器件表現(xiàn)出很高的對(duì)地阻抗。將一個(gè)大于TVS擊穿電壓的瞬變電壓施加于系統(tǒng)輸入端時(shí),一旦TVS被擊穿,輸入端電壓就會(huì)被箝位并提供低阻抗接地路徑,將瞬變電流從輸入端轉(zhuǎn)移到地。

圖2所示為3線(xiàn)PT-1000保護(hù)電路。3線(xiàn)PT-1000通過(guò)三個(gè)相鄰?fù)ǖ肋B接到LTC2983,其受到SMAJ5.0A TVS和100Ω限流電阻的保護(hù)。限流電阻和下游電容形成低通濾波器,以盡可能多地消除輸入線(xiàn)路中的RF成分,使每條線(xiàn)路和地之間的交流信號(hào)保持平衡,并在測(cè)量帶寬上維持足夠高的輸入阻抗以避免加載信號(hào)源2。差分模式濾波器的-3 dB帶寬為7.9 kHz,共模濾波器的-3 dB帶寬為1.6 MHz。

該溫度測(cè)量系統(tǒng)依據(jù)IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-3、IEC 61000-4-4、IEC 61000-4-5和IEC 61000-4-6標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了測(cè)試。在這些測(cè)試下,系統(tǒng)必須正常工作并提供精確的溫度測(cè)量。被測(cè)傳感器是B類(lèi)3線(xiàn)PT-1000,其使用約10 m長(zhǎng)的屏蔽線(xiàn)。

表3列出了IEC 61000-4-x抗擾度測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試電平和系統(tǒng)受EMI事件干擾時(shí)的溫度波動(dòng)。圖6顯示了測(cè)試時(shí)的輸出溫度數(shù)據(jù)曲線(xiàn),其對(duì)應(yīng)于表3中的最大溫度波動(dòng)。

表3 EMI測(cè)試結(jié)果

IEC 61000-4瞬變

保護(hù)級(jí)別

最大溫度波動(dòng)(°C)

RS

10 V/m,80 MHz至~1 GHz和1.4 GHz至~2 GHz

<0.5

CS

10 V,0.15 MHz至~80 MHz

<0.2

ESD

±8 kV,傳導(dǎo);±15 kV,空氣

<0.15

EFT

±4 kV,5 kHz

<0.15

浪涌

±4 kV,1.2/50 (8/20) μs

<0.2

增加保護(hù)后的溫度測(cè)量精度

TVS和限流電阻有助于保護(hù)溫度測(cè)量系統(tǒng)不受EMC影響。箝位電壓越低的TVS,越能保護(hù)敏感電路。但反過(guò)來(lái),它們可能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。為了應(yīng)對(duì)這種情況,我們必須使用具有更高擊穿電壓的TVS,因?yàn)楦叩膿舸╇妷阂馕吨谡9ぷ麟妷合侣╇娏鞲?。TVS漏電流越低,則給系統(tǒng)增加的誤差越小。

1648101923708613.jpg

1648101923842782.jpg

1648101924372810.jpg

1648101924972223.jpg

1648101925913371.jpg

1648101925945136.jpg

圖6 測(cè)試時(shí)的輸出溫度數(shù)據(jù)曲線(xiàn)

表4 Littelfuse SMAJ5.0A TVS的電氣特性

電氣特性(TA   = 25°C,除非另有說(shuō)明)

產(chǎn)品型號(hào)

(單極性)

產(chǎn)品型號(hào)

(雙極性)

標(biāo)識(shí)

反向關(guān)態(tài)電壓VR

(V)

擊穿電壓VBR   @ IT

(V)

測(cè)試電流IT

 (mA)

最大箝位電壓VC   @ Ipp

 (V)

最大峰值脈沖電流Ipp

 (A)

最大反向漏電流IR   @ VR

 (μA)

機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)

單極性

雙極性

最小值

最大值

SMAJ5.0A

SMAJ5.0CA

AE

WE

5.0

6.40

7.00

10

9.2

43.5

800

X

1648092823173045.jpg

考慮這些因素,我們使用了一個(gè)Littelfuse SMAJ5.0A TVS(可以在大多數(shù)電子元器件經(jīng)銷(xiāo)商那里買(mǎi)到)和一個(gè)精度為±0.1%的100Ω限流電阻來(lái)保護(hù)系統(tǒng),避免引入任何顯著的測(cè)量誤差。

為了實(shí)現(xiàn)高測(cè)量精度,我們使用精密電阻矩陣來(lái)替換PT-1000傳感器并模擬溫度變化。該精密電阻矩陣已利用Keysight Technologies 3458A萬(wàn)用表進(jìn)行了校準(zhǔn)。

為了減輕消除匹配引線(xiàn)電阻誤差的困難,我們使用4線(xiàn)配置來(lái)評(píng)估系統(tǒng)的精度性能。這更有利于消除傳感器誤差。

為了更準(zhǔn)確地計(jì)算系統(tǒng)誤差,我們需要使用與LTC2983相同的標(biāo)準(zhǔn)將電阻值轉(zhuǎn)換為溫度。傳感器制造商發(fā)布的溫度查找表是最準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換方法。但是,將每個(gè)溫度點(diǎn)寫(xiě)入處理器的存儲(chǔ)器中是不明智的。因此,我們使用以下公式來(lái)計(jì)算溫度結(jié)果3。

當(dāng)T > 0°C時(shí),公式為:

1648092910409577.jpg

計(jì)算對(duì)應(yīng)于電阻值的溫度:

1648092935613368.jpg

當(dāng)T ≤ 0°C時(shí),公式為:

1648092954890752.jpg

溫度通過(guò)多項(xiàng)式擬合得到:

1648092976997652.jpg

其中:

T為RTD溫度(°C)。

RRTD(T)為RTD電阻(Ω)。

R0為RTD在0°C時(shí)的電阻(R0 = 1000 Ω)。

A = 3.9083 × 10?3

B = –5.775 × 10-7

C = ?4.183 × 10?12

圖7顯示,在-134°C至+607°C的溫度范圍內(nèi),總系統(tǒng)誤差不超過(guò)±0.4°C。與圖9(顯示了LTC2983對(duì)RTD溫度測(cè)量的誤差貢獻(xiàn))相比,附加保護(hù)器件增加了大約±0.3°C的系統(tǒng)誤差,尤其是TVS漏電流??梢钥吹?,隨著溫度升高,系統(tǒng)誤差增加。這就涉及到TVS的I-V曲線(xiàn)特性。

1648092588390673.jpg

圖7 系統(tǒng)誤差與溫度的關(guān)系

系統(tǒng)誤差可計(jì)算如下:

1648092999705313.jpg

其中:

Terror為L(zhǎng)TC2983溫度測(cè)量系統(tǒng)的總輸出誤差(°C)。

Tcal為利用精密電阻計(jì)算的溫度(°C),已利用Keysight Technologies 3458A進(jìn)行校準(zhǔn)。

TLTC2983是LTC2983輸出溫度(°C)。

圖8說(shuō)明,系統(tǒng)總峰峰值噪聲不超過(guò)±0.01°C,此結(jié)果符合數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格。

1648092609917648.jpg

圖8 系統(tǒng)峰峰值噪聲與溫度的關(guān)系

表9 LTC2983對(duì)RTD溫度測(cè)量的誤差貢獻(xiàn)

1648092639585630.jpg

傳感器類(lèi)型

溫度范圍

誤差貢獻(xiàn)

峰峰值噪聲

鉑RTD-PT-10,RSENSE=1kΩ

– 200 °C到800 °C

±0.1 °C

±0.05 °C

鉑RTD-PT-100,RSENSE=2kΩ

– 200 °C到800 °C

±0.1 °C

±0.05 °C

鉑RTD - PT-500,RSENSE=2kΩ

– 200 °C到800 °C

±0.1 °C

±0.02 °C

鉑RTD - PT-1000,RSENSE=2kΩ

– 200 °C到800 °C

±0.1 °C

±0.01 °C

熱敏電阻,RSENSE=10kΩ

– 40 °C到85 °C

±0.1 °C

±0.01 °C


1648092672869695.jpg

圖10 激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn)配置:(a) 正向激勵(lì)流,(b) 反向激勵(lì)流

TVS誤差貢獻(xiàn)和優(yōu)化配置

TVS的I-V曲線(xiàn)特性可以從器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到。然而,大多數(shù)TVS制造商僅提供器件參數(shù)的典型值,而不是計(jì)算TVS在特定電壓下的誤差貢獻(xiàn)(尤其是漏電流誤差)所需的全部I-V數(shù)據(jù)。

本應(yīng)用中使用Littelfuse SMAJ5.0A TVS。測(cè)試一些樣品之后,我們發(fā)現(xiàn)漏電流在1 V反向電壓約為1μA,遠(yuǎn)小于TVS數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的最大反向漏電流。這種漏電流會(huì)產(chǎn)生重大系統(tǒng)誤差。但是,如果使能LTC2983的激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn),則會(huì)大大減少漏電流誤差效應(yīng)。圖10顯示了激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn)配置和TVS漏電流流動(dòng)。

當(dāng)Rsense與流過(guò)RTD的激勵(lì)電流相同時(shí),RTD的電阻RT可以表示為4

1648093051708617.jpg

當(dāng)對(duì)正向激勵(lì)流使用激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn)配置時(shí)(如圖10(a)所示),RTD電阻RRTD1計(jì)算如下:

1648093107549579.jpg

1648093107187286.jpg

1648093107834383.jpg

其中:

Rsense為檢測(cè)電阻的實(shí)際電阻值

RRTD為測(cè)量周期中RTD的實(shí)際電阻值

Vsense1為檢測(cè)電阻處的實(shí)測(cè)電壓值

VRTD1為正向激勵(lì)流周期中RTD的實(shí)測(cè)電壓值,如圖10(a)所示。

RRTD1為正向激勵(lì)流周期中RTD的計(jì)算值

當(dāng)對(duì)反向激勵(lì)流使用激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn)配置時(shí)(如圖10(b)所示),RTD電阻RRTD2計(jì)算如下:

1648093200660068.jpg

1648093256412705.jpg

1648093256629446.jpg

其中:

Vsense2為檢測(cè)電阻的實(shí)測(cè)電壓值。

VRTD2為反向激勵(lì)流周期中RTD的實(shí)測(cè)電壓值,如所示圖10(b)所示。

RRTD2為反向激勵(lì)流周期中RTD的計(jì)算值

根據(jù)TVS測(cè)量數(shù)據(jù),在2 V反向電壓下,最大漏電流和最小漏電流之差平均約為10%。四個(gè)TVS的位置和匹配程度可能會(huì)引起相當(dāng)大的系統(tǒng)誤差。為了顯示誤差最大的情況,我們可以假設(shè)ITVS為平均漏電流,ITVS1 = ITVS2 = 0.9 × ITVS,而ITVS3 = ITVS4 = 1.1 × ITVS。

1648093305542284.jpg

1648093305206275.jpg

如果不使用激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn)配置,RRTD1或RRTD2將包括最大TVS誤差貢獻(xiàn)。image.pngimage.png為誤差因子。

使用激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn)配置時(shí),最終計(jì)算結(jié)果為:

1648093385815334.jpg

1648093386690719.jpg

1648093386661727.jpg

1648093386500280.jpg

當(dāng)Error(RRTDROT) = min {Error(RRTD1), Error(RRTD2)}時(shí),Error (RRTDROT)將等于Error (RRTD1),或者Error(RRTDROT)將等于Error(RRTD2)。根據(jù)公式13至公式18,當(dāng)Iexc = 6 × ITVS,Error (RRTDROT)將等于min {Error(RRTD1), Error(RRTD2)}。當(dāng)Iexc = 6 × ITVS時(shí),由于TVS漏電流,系統(tǒng)的精度將會(huì)降低16.7%。

根據(jù)配置和測(cè)試結(jié)果,Iexc > 6 × ITVS,因此

Error(RRTDROT) < min{Error(RRTD1), Error(RRTD2)}

Error(RRTDROT) < min{Error(RRTD1), Error(RRTD2)}

通常,Iexc > 100 × ITVS。圖11顯示了系統(tǒng)誤差,其中:

RRTDROT為采用激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn)時(shí)的最終RTD電阻計(jì)算結(jié)果。

Error(RRTDROT)在使用激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn)配置時(shí)的TVS誤差貢獻(xiàn),單位為°C。

Error(RRTD1)和Error(RRTD2)是不使用旋轉(zhuǎn)配置時(shí)的TVS誤差貢獻(xiàn),單位為°C。

上面的推導(dǎo)告訴我們,激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn)配置可以減少TVS漏電流的誤差貢獻(xiàn)。以下測(cè)試結(jié)果證實(shí)了我們的斷言。

圖11顯示了不同激勵(lì)電流模式和TVS配置的系統(tǒng)誤差。如圖所示,當(dāng)不使用TVS時(shí),旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)配置的系統(tǒng)精度大致相同。然而,使能激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn)會(huì)自動(dòng)消除寄生熱電偶效應(yīng),對(duì)此的更詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參閱LTC2983數(shù)據(jù)手冊(cè)。使用TVS保護(hù)系統(tǒng)時(shí),總系統(tǒng)誤差會(huì)增加。但是,激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn)配置可以顯著降低TVS漏電流的誤差影響,從而有助于在大部分溫度測(cè)量范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)與非TVS保護(hù)系統(tǒng)類(lèi)似的精度水平。與沒(méi)有TVS的系統(tǒng)相比,額外的誤差是由TVS器件間差異貢獻(xiàn)的。

1648092705385537.jpg

圖11 系統(tǒng)誤差與不同硬件和軟件配置的關(guān)系

結(jié)論

溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)常被認(rèn)為不是艱巨的任務(wù)。然而,對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言,開(kāi)發(fā)高度精確且穩(wěn)健的溫度測(cè)量系統(tǒng)是一個(gè)挑戰(zhàn)。LTC2983智能數(shù)字溫度傳感器可以幫助戰(zhàn)勝這一挑戰(zhàn),開(kāi)發(fā)出可以快速推向市場(chǎng)的產(chǎn)品。

■   這種受保護(hù)的LTC2983溫度測(cè)量系統(tǒng)具有±0.4°C的系統(tǒng)精度。測(cè)量誤差包括LTC2983誤差、TVS/限流電阻誤差和PCB誤差貢獻(xiàn)。

■   LTC2983旋轉(zhuǎn)激勵(lì)電流配置可以顯著減少保護(hù)器件的漏電流誤差效應(yīng)。

■   LTC2983溫度測(cè)量系統(tǒng)可以在常見(jiàn)保護(hù)器件的加持下提供高EMC性能。有關(guān)EMI測(cè)試結(jié)果,請(qǐng)參閱表3。

本文給出了某些特定配置的精度和EMC性能測(cè)試結(jié)果。您可以選擇不同的TVS器件和限流電阻來(lái)獲得不同的測(cè)量精度和EMC性能,以滿(mǎn)足您的生產(chǎn)需求。

參考資料

1 Logan Cummings?!癛obust Industrial Sensing with the Temperature-to-Bits Family”(采用溫度轉(zhuǎn)比特系列產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)魯棒的工業(yè)檢測(cè))。Journal of Analog Innovation,第27卷第1號(hào)。凌力爾特,2017年4月。

2 Colm Slattery、Derrick Hartmann和Li Ke?!癝implifying design of industrial process-control systems with PLC evaluation boards”(利用PLC評(píng)估板簡(jiǎn)化工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì))。EE Times,2009年8月。

3 CN0383:采用低功耗、精密、24位Σ-Δ ADC的全集成式2線(xiàn)、3線(xiàn)或4線(xiàn)RTD測(cè)量系統(tǒng)。ADI公司,2020年10月。

4 Tom Domanski。“利用LTC2983溫度轉(zhuǎn)比特IC優(yōu)化RTD溫度測(cè)量的檢測(cè)電阻成本和精度”。ADI公司。

作者簡(jiǎn)介

Jon Geng于2018年加入ADI公司,現(xiàn)為中國(guó)核心應(yīng)用中心的應(yīng)用工程師。他的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域是開(kāi)關(guān)、MXU、基準(zhǔn)電壓源、溫度傳感器和煙霧檢測(cè)。Jon于2018年從貴州大學(xué)獲得機(jī)械工程碩士學(xué)位,于2015年從河北師范大學(xué)獲得電子工程學(xué)士學(xué)位。聯(lián)系方式:jon.geng@analog.com。

Li Ke是位于愛(ài)爾蘭利默里克的自動(dòng)化與能源事業(yè)部的系統(tǒng)應(yīng)用工程師。Li于2007年在中國(guó)上海加入ADI公司,擔(dān)任精密轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品線(xiàn)產(chǎn)品應(yīng)用工程師。此前,他曾在Agilent Technologies公司的化學(xué)分析部門(mén)擔(dān)任過(guò)四年的研發(fā)工程師。他于1999年獲得西安交通大學(xué)電子工程學(xué)士學(xué)位,并于2003年獲得西安交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程碩士學(xué)位。聯(lián)系方式:ke.li@analog.com。

Karl Wei于2000年加入ADI公司,現(xiàn)為中國(guó)核心應(yīng)用團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)理。他的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域是工業(yè)應(yīng)用中的精密信號(hào)鏈。此前,他在IC測(cè)試開(kāi)發(fā)工程和營(yíng)銷(xiāo)領(lǐng)域工作了8年。他于1992年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué),獲得電氣工程碩士學(xué)位。聯(lián)系方式:karl.wei@analog.com。


 [GJ1]為了統(tǒng)一文章作圖風(fēng)格,是否可以幫忙把修改的圖片修改成修改前的配色。



關(guān)鍵詞:

評(píng)論


相關(guān)推薦

技術(shù)專(zhuān)區(qū)

關(guān)閉