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高集成度模拟前端AFE AD7124在RTD测温场合的应用

2020-03-25
来源:Excelpoint
关键词: ADI Excelpoint 世健 AD7124 RTD

随着工业生产的发展,温度测量与控制十分重要,温度参数的准确测量对输出品质、生产效率和安全可靠的运行至关重要。作为一家高性能模拟大厂,ADI公司拥有完善的测温/控温方案,从无源的电阻式温度检测器RTD、热电偶Thermocouple (TC),到直接电流/电压模拟量输出、SPI/IIC数字接口输出的半导体温度传感器。

与ADI合作三十多年的代理商——Excelpoint世健公司技术支持工程师Vincent Chen向我们介绍了ADI公司广受欢迎的适用于工业接触式RTD测温的模拟前端AFE AD7124-4/8。

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图1:AD7124-4/8内部框图

AD7124针对RTD测温而优化的丰富特性有以下几点:

1)6种可编程匹配激励电流,从50 µA、100 µA、250 µA、500 µA、750 µA到1 mA

2)xMux可将两路恒流源,切至所需通道,灵活构成2/3/4线制PT100测温

3)50 Hz/60 Hz同时抑制(25 SPS,40mS单周期建立,62dB rejection)

4)模拟输入缓冲器AIN buffer,再加上8种PGA可编程增益,1-128 V/V,无需外部额外的调理电路

5)比例式Ratiometric测量,消除激励电流源的精度和漂移等误差源。

ADI官网可以检索到测试验证过的实验室电路Circuit Note: 《CN-0381, 采用低功耗、精密、24位Σ-Δ型ADC的全集成式4线RTD测量系统》;以及《CN0383, 采用低功耗、精密、24位Σ-Δ型ADC的全集成式3线RTD测量系统》。

采用两点校准和线性化,在−50℃至+200℃的温度范围内,3线系统的整体精度优于±1℃。 在全功率模式、选择sinc4滤波器、输出数据速率为50 SPS的条件下,系统的典型无噪声码分辨率为17.9位;在低功耗模式、选择后置滤波器、输出数据速率为25 SPS的条件下,系统的典型无噪声码分辨率为16.8位。

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图2:温度精度测量(Sinc4滤波器、全功率模式、50 SPS,仅执行25℃一次性校准)

ADI出版的技术周刊《模拟对话Analog Dialogue》,解析了ADC前端R-C无源器件对测量精度的影响,详见ADI官网的《RTD比率式温度测量的模拟前端设计考虑》。

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图3:使用AD7124进行RTD测量的模拟输入配置

一片AD7124-8最多可支持8路3线制RTD。若对EMC抗扰要求很高,建议改用右侧的接法,一阶无源滤波的R/C值,可以取大。此时一片AD7124-8,仅支持4路3线制RTD。

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图4:三线制的两种接法,侧重于通道密度或者EMC性能

AD7124灵活的硬件配置,需配合同样灵活的软件配置,来最终实现。共计有8种独立设置(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),每种设置包括以下四个寄存器:

• 配置寄存器 Config_N

• 滤波器寄存器 FILTER_N

• 失调寄存器 OFFSET_N

• 增益寄存器GAIN_N

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图5:差分和单端混合配置(使用多种公用设置)

ADI官网提供non-os的驱动代码,一段典型的驱动初始化代码,如下:

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以下为建议ADC配置流程:

据了解,在世健公司的技术支持下,多家业内知名的本土工控大厂采用AD7124-8设计的多通道RTD/TC测温板卡,已量产上市。

关于世健——亚太区领先的元器件授权代理商

世健是完整解决方案的供应商,为亚洲电子厂商包括原设备生产商(OEM)、原设计生产商(ODM)和电子制造服务提供商(EMS)提供优质的元器件、工程设计及供应链管理服务。

世健与供应商及电子厂商紧密协作,为新的科技与趋势作出定位,并帮助客户把这些最先进的科技揉合于他们的产品当中。集团分别在新加坡、中国及越南设有研发中心,专业的研发团队不断创造新的解决方案,帮助客户提高成本效益并缩短产品上市时间。世健研发的完整解决方案及参考设计可应用于工业、无线通信及消费电子等领域。

世健是新加坡的主板上市公司,总部设于新加坡,拥有约750名员工,业务范围已扩展至亚太区40多个城市和地区,遍及新加坡、马来西亚、泰国、越南、中国、印度、印度尼西亚、菲律宾及澳大利亚等十多个国家。世健集团在2019年的年营业额超过9亿7千万美元。世健于1993年开始发展中国业务,中国区总部设于香港,并拥有11个分公司及办事处、研发中心及物流中心,业务遍及中国多个城市和地区。

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