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高集成度模擬前端AFE AD7124在RTD測溫場合的應用

2020年03月25日 10:45 ? 次閱讀

隨著工業生產的發展,溫度測量與控制十分重要,溫度參數的準確測量對輸出品質、生產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接觸式RTD測溫的模擬前端AFE AD7124-4/8。

高集成度模擬前端AFE AD7124在RTD測溫場合的應用

圖1:AD7124-4/8內部框圖

AD7124針對RTD測溫而優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》;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》。

采用兩點校準和線性化,在?50℃至+200℃的溫度范圍內,3線系統的整體精度優于±1℃。 在全功率模式、選擇sinc4濾波器、輸出數據速率為50 SPS的條件下,系統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、輸出數據速率為25 SPS的條件下,系統的典型無噪聲碼分辨率為16.8位。

高集成度模擬前端AFE AD7124在RTD測溫場合的應用

圖2:溫度精度測量(Sinc4濾波器、全功率模式、50 SPS,僅執行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官網的《RTD比率式溫度測量的模擬前端設計考慮》。

高集成度模擬前端AFE AD7124在RTD測溫場合的應用

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。

高集成度模擬前端AFE AD7124在RTD測溫場合的應用

圖4:三線制的兩種接法,側重于通道密度或者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。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

? 失調寄存器 OFFSET_N

? 增益寄存器GAIN_N

高集成度模擬前端AFE AD7124在RTD測溫場合的應用

圖5:差分和單端混合配置(使用多種公用設置)

ADI官網提供non-os的驅動代碼,一段典型的驅動初始化代碼,如下:

高集成度模擬前端AFE AD7124在RTD測溫場合的應用

高集成度模擬前端AFE AD7124在RTD測溫場合的應用

以下為建議ADC配置流程:

據了解,在世健公司的技術支持下,多家業內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,已量產上市。

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