优势和特性
· 4通道热电偶/RTD丈量
· 彻底阻隔
· 输入维护
衔接/参阅器材
AD7193：4通道、4.8 kHz、超低噪声、24位
ADT7310：±0.5°C精度、16位数字SPI温度传感器
AD8603：精细微功耗、低噪声、CMOS、轨到轨输入/输出
ADR3440：4.096V、微功耗、高精度基准电压源
ADG738：CMOS、低压、三线式串行操控、矩阵开关
ADG702：CMOS、低压、2 Ω单刀单掷(SPST)开关
AD5201：33位数字电位计
ADuM1280：3 kV RMS双通道数字阻隔器
ADuM5401：四通道、2.5 kV阻隔器，集成DC-DC转化器
评价和规划支撑
电路评价板
CN-0287电路评价板(EVAL-CN0287-SDPZ)
体系演示渠道(EVAL-SDP-CB1Z)
规划和集成文件
原理图、布局文件、物料清单
电路功用与优势
图1所示电路是一款完好的阻隔式4通道温度丈量电路，针对功用、输入灵活性、稳定性以及低本钱而优化。它支撑一切类型的热电偶(带冷结补偿)，以及电阻高达4 kΩ的恣意类型RTD(电阻温度检测器，双线式、三线式或四线式衔接装备)。
RTD鼓励电流可针对最佳噪声和线性度功用编程。
RTD丈量精度到达0.1°C(典型值)，K类热电偶丈量精度达0.05°C(典型值)，这是由于将16位数字温度传感器ADT7310用于冷结补偿。该电路选用4通道、24位、Σ-Δ型ADC AD7193，该器材片内集成PGA，具有高精度和低噪声特性。
由低走漏瞬变电压按捺器(TVS)和肖特基二极管供给输入瞬变和过压维护。SPI兼容型数字输入和输出均阻隔(2500 V rms)，且电路选用全阻隔式电源供电。
电路描绘
温度丈量简介
热电偶和RTD(电阻温度检测器)是最常用的传感器，用于工业运用中的温度丈量。热电偶可丈量极高的温度，最高可达+2300°C左右，而且呼应时刻快(瞬间完结丈量)。RTD比热电偶具有更高的精度和稳定性，且衔接远端RTD的长导线(数百米)电阻可选用三线式或四线式衔接加以补偿。
热电偶由一端相连的两根不同金属线组成。将相连的一端放置在需求进行温度丈量的当地，称为丈量结点。另一端衔接精细电压丈量单元，该衔接称为参阅结点，或许称为冷结。丈量结点和冷结之间的温差产生电压(称为塞贝克效应电压)，数值与两个结点之间的温度差有关，该温差产生的信号一般为数微伏至数十毫伏不等，详细取决于温度差值。
例如，K类热电偶可丈量−200°C至+1350°C，输出规模约−10 mV至+60 mV。关于信号链而言，重要的是尽或许坚持较高的阻抗和较低的漏电流，以便测得的电压具有最高的精度。若要将该电压转化为肯定温度，则有必要准确知道冷结温度。一般来说，1°C至2°C便已满意，尽管由于冷结温度丈量差错会直接添加肯定温度差错，但较高的冷结温度丈量精度是有优点的。
RTD由纯洁资料(如铂、镍或铜)制成，随温度改动而改动的电阻值可猜测。最常见的RTD资料是铂(Pt100和Pt1000)。
准确测定电阻的一种办法是丈量恒定电流源产生的RTD电压。将丈量值折合为参阅电阻两头的电压(由同一个电流驱动)，即可消除电流源中的差错(如份额丈量)。最大程度下降电流途径上的漏电流关于取得高精度而言很重要，由于为了避免自发热，鼓励电流一般仅数百微安。
关于工业现场运用而言，高功用以及针对高压瞬变事情和直流过压条件供给维护都是重要的规划考虑要素。
本电路作业原理
图1所示电路规划用于工业现场环境中的精细温度丈量运用，针对灵活性、功用、稳定性和本钱进行了优化。本电路选用低噪声、24位Σ-Δ型ADC AD7193，确保整个电路具有高分辨率和线性度。
33位数字电位计AD5201、运算扩大器AD8603和单通道开关ADG702构成简略可编程电流源和偏置电压缓冲器，用于RTD和热电偶丈量。ADG738可将电流源路由至活动RTD通道，答应针对三线式RTD装备进行导线电阻补偿。
数字SPI温度传感器ADT7310在−40°C至+105°C温度规模内具有±0.8°C最大精度(选用+5 V电源)，用于热电偶丈量中的冷结补偿。ADR3440是一款低噪声、高精度、4.096 V基准电压源，衔接AD7193的REFIN1(+)/REFIN1(−)，用于热电偶丈量。
模数转化器
AD7193是一款合适高精细丈量运用的低噪声完好模仿前端。它集成一个低噪声、24位Σ-Δ型模数转化器(ADC)。该ADC具有高分辨率、低非线性度和低噪声功用，以及极高的50 Hz/60 Hz按捺才能。数据输出速率可在4.7 Hz(24位有用分辨率，Gain = 1)到4.8 kHz(18.6位有用分辨率，Gain = 1)规模内改动。片上低噪声PGA可将来自热电偶或RTD的差分小信号以增益1至128扩大，然后答应完结直接接口。增益级缓冲器具有高输入阻抗，并将输入漏电流约束为± 3 nA(最大值)。AD7193的增益有必要依据温度规模和传感器类型进行恰当装备。片内多路复用器答应四个差分输入通道同享同一个ADC内核，节约空间与本钱。
用于RTD的可编程电流源以及用于热电偶的偏置电压生成电路
RTD丈量要求运用低噪声电流源，以便驱动RTD和参阅电阻。而另一方面，热电偶需求运用共模偏置电压，可将较小的热电偶电压转化至AD7193的输入规模内。图2所示电路一起满意这两个要求，并选用了低噪声CMOS轨到轨输入/输出运算扩大器AD8603，该器材的最大输入偏置电流仅1 pA且最大失调电压为50 μV;一起，还合作运用了单通道CMOS低压2 Ω单刀单掷(SPST)开关ADG702，以及8通道矩阵开关ADG738。
敞开ADG738并关断ADG702，则AD8603可用作热电偶运用中的低噪声、低输出阻抗单位增益缓冲器。将来自AD5201数字电位计的电压进行缓冲，然后用于热电偶共模电压，一般为电源电压的一半，即2.5 V。33位数字电位计AD5201选用低漂移(5 ppm/°C) 4.096 V基准电压源ADR3440驱动，以取得所需精度。
敞开ADG738并关断ADG702，则AD8603产生RTD鼓励电流，即IEXC = VW/RREF。
温度丈量是一种高精度、低速度的运用，因此有满意的树立时刻可在悉数4个通道间切换单个电流源，供给超卓的通道间匹配功用、低本钱以及较小的PCB尺度面积。
ADG738是一款8:1多路复用器，可在通道间切换电流源。为了支撑双线式、三线式和四线式RTD装备，这四个通道中的每一个都需求两个开关。
在许多运用中，RTD都有或许放置在远离丈量电路的当地。长引线电阻或许会产生较大的差错，特别用于低电阻RTD时。为了最大程度削减引线电阻效应，支撑三线式RTD装备，如图3所示。
关断ADG738的S1，一起翻开S2，则AD7193输入端的电压为V1。翻开S1，一起关断S2，则AD7193输入端电压为V2。RTD传感器两头的电压为VRTD，而电流源的鼓励电流为IEXC。V1和V2包括引线电阻产生的差错，如下所示：
扩大
维护电路
在制作进程中和现场运用时，都有或许产生瞬变和过压条件。为了取得较高的维护水平，有必要运用外部维护电路，弥补IC的内部集成维护电路。外部维护功用会添加额定的%&&&&&%、电阻和漏电流。这些效应应当细心考虑，以取得高精度水平。额定维护电路如图5所示。
漏电流会对RTD丈量形成巨大影响，应细心考虑。当较长的热电偶引线具有极高电阻时，漏电流也会对热电偶丈量产生一些差错。
本电路中，PTVS30VP1UP瞬变电压按捺器(TVS)可快速箝位任何瞬变电压至30 V(25°C时典型漏电流仅1 nA)。挑选30 V TVS，以便支撑30 V直流过压。运用1.69 kΩ电阻，后接低走漏BAV199LT1G肖特基二极管，用于在瞬变和直流过压事情产生时将电压箝位至5 V供电轨。在30 V直流过压条件下，1.69 kΩ电阻将流过外部二极管的电流约束为15 mA。为了确保供电轨能够汲取该电流，可运用齐纳二极管将供电轨进行箝位处理，以确保它不超越衔接电源的恣意%&&&&&%的肯定最大额定值。挑选5.6 V齐纳二极管(NZH5V6B)完结这一意图。300 Ω电阻可进一步约束有或许进入AD7193或ADG738的电流。
阻隔
ADuM5401和ADuM1280运用ADI iCoupler®技能，在丈量端和电路操控器端之间供给2500 V rms阻隔电压。ADuM5401还供给阻隔电源，用于电路的丈量端。ADuM5401选用了isoPower技能，该项技能运用高频开关元件，经过变压器传输电力。规划印刷电路板(PCB)布局时应特别当心，有必要契合相关辐射标准。有关电路板布局主张，请参阅运用笔记AN-0971。
热电偶装备测验成果
电路的功用高度依赖于传感器和AD7193的装备。K类热电偶输出改动规模为−10 mV至+60 mV，对应温度规模为−200°C至+1350°C。AD7193 PGA装备为G = 32。PGA电压摆幅规模为−320 mV至+1.92 V，即2.24 V p-p。斩波使能时，50 Hz/60Hz噪声按捺使能，滤波器字FS[9:0] = 96，1024个样本的噪声散布直方图如图6所示。
Fluke 5700A校准仪供给分辨率为10 nV的高精度直流电压源，用于校准以及测验。图8中的电压差错坐落0.2 μV抱负规模内，相当于大约0.004°C。该成果是体系在25°C时校准后的短期精度，此刻没有温度漂移效应。本电路的首要差错来源于冷结补偿丈量。在本电路中，ADT7310用于冷结补偿，典型差错为−0.05°C，选用5 V电源时，在−40°C至+105°C温度规模内的最差状况差错为±0.8°C。若运用3 V电源，则器材在该温度规模内具有±0.4°C的最大差错。
RTD装备测验成果
关于Pt100 RTD，默许ADC的增益设置为G = 8，而关于Pt1000 RTD，默许增益设置为G = 1。ADC的基准电压等于4.02 kΩ参阅电阻两头的电压。Pt100 RTD的温度系数大约为0.385 Ω/°C，且+850°C时电阻可高达400 Ω。若默许鼓励电流为400 μA，则最大RTD电压大约为160 mV。ADC基准电压为4.02 kΩ × 400 μA = 1.608 V。关于G = 8，最大RTD电压为160 mV × 8 = 1.28 V，该值大致为可用规模的80%。
关于Pt1000 RTD，+850°C时的最大电阻约为4000 Ω。默许鼓励电流为380 μA，然后最大RTD电压为1.52 V。ADC的基准电压为4.02 kΩ × 380 μA = 1.53 V。选用默许增益设置G = 1，则RTD最大电压便可运用简直一切的可用规模。
RTD电阻R以ADC代码(Code)、分辨率(N)、参阅电阻(RREF)和增益(G)表明的通用表达式如下所示：
精度
差错量取决于输入端的装备。完结输入装备后，可进行室温校准，进一步削减差错。
以试验方法显现漏电流效应。每通道均首要装备为四线式RTD。100 Ω固定电阻衔接RTD方位上的通道1。0 Ω电阻衔接别的3个通道的输入。
增益设为G = 1，鼓励电流为380 μA(Pt1000装备)。
搜集数据，然后顺次移除衔接通道4、通道3和通道2的跳线，搜集每种条件下的数据。成果如图9所示。
ADC代码从大约437,800改动到437,600，相应的丈量值从104.9015 Ω改动到104.8627或0.0388 Ω。这表明丈量差错大约为0.1°C;但是，经过在室温下选用固定输入装备进行校准，即可消除差错。
常见改动
AD779x归于低噪声、低功耗、16/24位Σ-Δ型ADC系列，更合适信号通道或低功耗运用。ADT7311是一款±0.5°C精度、16位数字SPI温度传感器，契合轿车运用标准。运用数字温度传感器(如ADT7320，精度为±0.25°C)，能够改善冷结补偿电路的精度。
集成DC-DC转化器的数字阻隔器ADuM6401供给最高5 kV的RMS阻隔。
电路评价与测验
本电路运用EVAL-CN0287-SDPZ电路板和SDP-B (EVAL-SDP-CB1Z)体系演示渠道操控器板。这两片板具有120引脚的对接衔接器，能够快速完结设置并评价电路功用。EVAL-CN0287-SDPZ板包括要评价的电路，如本笔记所述。SDP-B操控器板与CN0287评价软件一起运用，可从EVAL-CN0287-SDPZ电路板获取数据。
设备要求
需求以下设备：
· 带USB端口的Windows® XP(32位)、Windows Vista®或Windows® 7 PC
· EVAL-CN0287-SDPZ电路板
· EVAL-SDP-CB1Z SDP-B操控器板
· CN-0287 SDP评价软件
· EVAL-CFTL-6V-PWRZ直流电源或平等6 V/1 A台式电源
· RTD或热电偶传感器或传感器仿真器(评价软件支撑下列RTD：Pt100、Pt1000;热电偶：K类、J类、T类、S类)
· 开始运用
将CN0287评价软件光盘放进PC的光盘驱动器，装置评价软件。翻开我的电脑，找到包括评价软件的驱动器。
功用框图
电路框图见图1，完好的电路原理图见EVAL-CN0287-SDPZ-PADSSchematic.pdf文件。此文件坐落CN0287规划支撑包中：www.analog.com/CN0287-DesignSupport。图10显现测验设置的功用框图。
设置
将EVAL-CN0287-SDPZ电路板上的120引脚衔接器衔接到EVAL-SDP-CB1Z操控器板(SDP-B)上的CON A衔接器。运用尼龙五金配件，经过120引脚衔接器两头的孔牢牢固定这两片板。在断电状况下，将一个6 V电源衔接到电路板上的+6 V和GND引脚。如果有6 V壁式电源适配器，可将其衔接到板上的管式衔接器J2，替代6 V电源。SDP-B板顺便的USB电缆衔接到PC上的USB端口。此刻请勿将该USB电缆衔接到SDP-B板上的微型USB衔接器。
接通6 V电源，为评价板和SDP板上电，然后将Mini-USB电缆衔接到SDP板上的Mini-USB端口。
测验
发动评价软件。一旦USB通讯树立，就能够运用SDP-B板来发送、接纳、捕捉来自EVAL-CN0287-SDPZ板的数据。
图11显现EVAL-CN0287-SDPZ评价板衔接SDP板的相片。有关SDP-B板的信息，请参阅SDP-B用户攻略。
有关测验设置、校准以及怎么运用评价软件来捕捉数据的详细信息，请参阅CN-0287软件用户攻略：
针对原型开发的衔接
EVAL-CN0287-SDPZ评价板规划用于EVAL-SDP-CB1Z SDP-B板，但任何微处理器都可经过PMOD衔接器J6完结与SPI接口的对接。有关PMOD衔接器的引脚界说可拜见CN0287规划支撑包中CN0287评价板的原理图。为使另一个操控器能与EVAL-CN0287-SDPZ评价板一起运用，第三方有必要开发相应的软件。
