电路功用与优势
图1所示电路是一个根据24位Σ-Δ型ADC AD7793 的完好热电偶体系。AD7793是一款适宜高精度丈量运用的低功耗、低噪声、完好模仿前端,内置PGA、基准电压源、时钟和鼓励电流,然后大大简化了热电偶体系规划。体系峰峰值噪声约为0.02°C。
AD7793的最大功耗仅500 μA,因而适宜低功耗运用,例如整个发送器的功耗有必要低于4 mA的智能发送器等。AD7793还具有关断选项。在这种形式下,整个ADC及其辅佐功用均关断,器材的最大功耗降至1 μA。
AD7793供给一种集成式热电偶解决方案,能够直接与热电偶接口。冷结补偿由一个热敏电阻和一个精细电阻供给。该电路只需要这些外部元件来履行冷结丈量,以及一些简略的R-C滤波器来满意电磁兼容性(EMC)要求。
图1. 带冷结补偿的热电偶丈量体系(原理示意图:未显现去耦和一切衔接)
电路描绘
本电路运用T型热电偶。该热电偶由铜和康铜构成,温度丈量规模为−200°C至+400°C,发生的温度相关电压典型值为40 μV/°C。
热电偶的传递函数不是线性的。在0°C至+60°C的温度规模,其呼应十分挨近线性。可是,在更宽的温度规模内,有必要运用一个线性化程序处理。
测验电路不包含线性化功用,因而,本电路的有用丈量规模是0°C到+60°C。在该温度规模内,热电偶发生0 mV至2.4 mV的电压。内部1.17 V基准电压用于热电偶转化。因而,AD7793的增益装备为128。
AD7793选用单电源供电,热电偶发生的信号有必要被偏置到地以上,然后处于该ADC支撑的规模。关于128倍的增益,模仿输入端的肯定电压有必要在GND + 300 mV至AVDD – 1.1 V规模内。
AD7793片上集成的偏置电压发生器偏置热电偶信号,使其共模电压为AVDD/2,保证以相当大的裕量满意输入电压限值要求。
热敏电阻在+25°C时的值为1 kΩ,0°C时的典型值为815 Ω,+30°C时的典型值为1040 Ω。假定0°C至30°C的传递函数为线性,则冷结温度与热敏电阻R之间的联系为:
冷结温度 = 30 × (R – 815)/(1040 – 815)
AD7793的1 mA鼓励电流用于为热敏电阻和2 kΩ精细电阻供电。基准电压运用该2 kΩ外部精细电阻发生。这种架构供给一种比率式装备,鼓励电流用于为热敏电阻供电,并发生基准电压。因而,鼓励电流值的差错不会改动体系的精度。
对热敏电阻通道进行采样时,AD7793以1倍的增益作业。关于+30°C的最大冷结温度,热敏电阻上发生的最大电压为1 mA × 1040 Ω = 1.04 V。
热敏电阻的挑选条件是:热敏电阻上发生的最大电压乘以PGA增益的成果小于或等于精细电阻上发生的电压。
关于ADC_CODE的转化值,相应的热敏电阻值R等于:
R = (ADC_CODE – 0x800000) × 2000/223
还需要考虑AD7793 IOUT1引脚的输出依从电压。运用1 mA鼓励电流时,输出依从电压等于AVDD – 1.1 V。从上述核算可知,电路满意这一要求,由于IOUT1的最大电压等于精细电阻上的电压加上热敏电阻上的电压,等于2 V + 1.04 V = 3.04 V。 AD7793以16.7 Hz的输出数据速率作业。每读取10个热电偶转化成果,就读取1个热敏电阻转化成果。相应的温度等于:
温度 = 热电偶温度 + 冷结温度
AD7793的转化成果由模仿微控制器ADuC832 处理,所得的温度显现在LCD显现器上。
该热电偶规划选用6 V(2节3 V锂电池)电池供电。一个二极管将6 V电压降至适宜AD7793和模仿微控制器ADuC832的电平。ADuC832电源与AD7793电源之间有一个RC滤波器,用以下降进入AD7793的电源数字噪声。
图2显现了T型热电偶上发生的电压与温度的联系。圆圈内的区域是从0°C到+60°C,该区域内的传递函数挨近线性。
图2. 热电偶电动势与温度的联系
当体系处于室温时,热敏电阻应指示室温的值。热敏电阻指示的是相关于冷结温度的相对温度,即冷结(热敏电阻)与热电偶的温差。因而,在室温时,热电偶应指示0°C。。
假如将热电偶放在一个冰桶中,热敏电阻依旧丈量环境(冷结)温度。热电偶应指示热敏电阻值的负值,使得总温度等于0。
最终,关于16.7 Hz的输出数据速率和128倍的增益,AD7793的均方根噪声等于0.088 μV。峰峰值噪声等于:
6.6 × 均方根噪声 = 6.6 × 0.088 μV = 0.581 μV
假如热电偶的灵敏度刚好为40 μV/°C,则热电偶的温度丈量分辨率为:
0.581 μV ÷ 40 μV = 0.014°C
图3所示为实践的测验板。体系评价如下:分别在室温时以及将热电偶放入冰桶的情况下,丈量热敏电阻温度、热电偶温度和分辨率。成果如表1所示。
图3. 选用AD7793的热电偶体系
从表1可知,热电偶陈述的温度正确,热敏电阻则有0.3°C的差错。这是未包含线性化处理时的体系精度。假如对热电偶和热敏电阻进行线性化处理,体系精度将会进步,体系将能丈量更宽的温度规模。
假如每读取10次就核算一次最小与最大温度读数之差,则用温度表明的峰峰值噪声为0.02°C。因而,实践的峰峰值分辨率十分挨近期望值。
常见改变
AD7793是一款低噪声、低功耗ADC。其它适宜的ADC有 AD7792 和 AD7785,这两款器材具有与AD7793相同的特性组合,但AD7792为16位ADC,AD7785为20位ADC。