目錄

1、共模低通RC濾波器

2、電阻和電容考慮

3、實(shí)踐：用比率式測(cè)量法測(cè)得的ADuCM360噪聲性能

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許多系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員使用Σ-Δ型ADC和RTD（電阻式溫度檢測(cè)器）進(jìn)行溫度測(cè)量，但實(shí)現(xiàn)ADC數(shù)據(jù)手冊(cè)中規(guī)定的高性能時(shí)有困難。例如，一些設(shè)計(jì)人員可能只能從16位至18位ADC獲得12至13個(gè)無噪聲位。本文介紹的前端技術(shù)能夠使設(shè)計(jì)人員在其系統(tǒng)設(shè)計(jì)中獲得16個(gè)以上的無噪聲位。

在比率式測(cè)量中使用RTD有一定優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗芟?lì)電流源的精度和漂移等誤差源。下面是4線RTD比率式測(cè)量的典型電路。4線式配置的優(yōu)勢(shì)是可消除由引腳電阻產(chǎn)生的誤差。

?可以從上述電路推導(dǎo)出下面兩個(gè)公式：

當(dāng)ADC工作在雙極性差分模式時(shí)，計(jì)算RTD電阻(RRTD)的通用表達(dá)式如下所示：

?其中：

• CodeRTD為ADC碼。
• CodeADC_Fullscale為ADC滿量程代碼。

RTD的測(cè)量電阻值理論上僅與基準(zhǔn)電阻的精度和漂移相關(guān)。 通常，RREF為精確的低漂移電阻，精度為0.1%。

當(dāng)工程師使用此類電路設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，他們會(huì)在模擬輸入和外部基準(zhǔn)電壓源引腳前添加一些電阻和電容，以獲得低通濾波和如下圖所示的過電壓保護(hù)。在本文中，我們將展示選擇合適的電阻和電容以獲得更好的噪聲性能時(shí)應(yīng)該考慮的因素。

從上圖中可以看出：R1、R2、C1、C2和C3用作為差分和共模電壓信號(hào)提供衰減的一階低通RC濾波器。R1和R2的值應(yīng)相同， C1和C2的值也選擇相同的值。同樣，R3、R4、C4、C5和C6用作參考路徑的低通濾波器。

下面讓我們來詳細(xì)聊聊這個(gè)電路設(shè)計(jì)思路。

1、共模低通RC濾波器

下圖為共模低通濾波器等效電路。

因?yàn)閍點(diǎn)的共模電壓等于b點(diǎn)的電壓，所以沒有電流流過C3。 因此，共模截止頻率可表示為：

為了更好地理解差分信號(hào)的低通RC濾波器截止頻率，可將下圖1中的C3電容視作圖2中的兩個(gè)獨(dú)立電容：Ca和Cb。

上圖2中，差分模式截止頻率為：?

通常，C3的值是Ccm的值的10倍。這是為了降低C1和C2不一致產(chǎn)生的影響。例如，如下圖所示，ADI電路筆記CN-0381中使用模擬前端設(shè)計(jì)時(shí)，差分信號(hào)的截止頻率約為800Hz，共模信號(hào)的截止頻率約為16kHz。?

2、電阻和電容考慮

除了作為低通濾波器的一部分外，R1和R2還可提供過電壓保護(hù)。如果下圖中AIN引腳前使用的是3 kΩ電阻，則最高可保護(hù)30 V接線錯(cuò)誤。不建議在AIN引腳前使用更大的電阻，原因有二。

• 第一，它們將產(chǎn)生更大的熱噪聲。
• 第二，AIN引腳具有輸入電流，電流將流經(jīng)這些電阻并引入誤差。這些輸入電流的大小不是恒定值，不匹配的輸入電流將產(chǎn)生噪聲，并且噪聲將隨電阻值增大而增大。

電阻和電容值對(duì)確定最終電路的性能至關(guān)重要。設(shè)計(jì)人員需要理解其現(xiàn)場要求，并根據(jù)上述公式計(jì)算電阻和電容值。

對(duì)于具有集成激勵(lì)電流源的ADI Σ-Δ型ADC器件和精密模擬微控制器，建議在AIN和基準(zhǔn)電壓源引腳前使用相同的電阻和電容值。這種設(shè)計(jì)可確保模擬輸入電壓始終與基準(zhǔn)電壓成比例， 并且激勵(lì)電流的溫度漂移和噪聲所引起的模擬輸入電壓的任何誤差，都可通過基準(zhǔn)電壓的變化予以補(bǔ)償。

3、實(shí)踐：用比率式測(cè)量法測(cè)得的ADuCM360噪聲性能

ADuCM360是完全集成的3.9 kSPS、24位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在單芯片上集成雙路高性能多通道Σ-Δ型ADC、32位ARM??Cortex?-M3處理器和Flash/EE存儲(chǔ)器。同時(shí)還集成了可編程增益儀表放大器、精密帶隙基準(zhǔn)電壓源、可編程激勵(lì)電流源、靈活的多路復(fù)用器以及其它許多特性。它可與電阻式溫度傳感器直接連接。

使用ADuCM360進(jìn)行RTD測(cè)量時(shí)，REF–引腳通常接地，可得到簡單的模擬前端電路，如下圖所示：

下表列出了模擬和參考輸入路徑前具有匹配和不匹配濾波器時(shí)的噪聲水平。使用100Ω精密電阻代替RRTD，以測(cè)量ADC輸入 引腳上的噪聲電壓。RRef?的值為5.62 kΩ。

從表中可以看出，使用R1和R2的值與R3相同的匹配模擬前端電路時(shí)，噪聲與不匹配電路相比降低約0.1 μV至0.3 μV，這意味著ADC無噪聲位的數(shù)量增加約0.25位至16.2位，ADC PGA增益為16。

按照本文介紹的考慮因素，使用匹配RC濾波器電路和根據(jù)現(xiàn)場要求選擇合適的電阻和電容值，比率式測(cè)量應(yīng)用中的RTD能夠獲得較佳的結(jié)果。

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學(xué)習(xí)來源：ADI智庫，期刊下載：https://download.csdn.net/download/m0_38106923/21483163

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的RTD 比率式温度测量传感器设计思路的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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