高集成度模擬前端AFE AD7124在RTD測溫場合的應(yīng)用

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，溫度測量與控制十分重要，溫度參數(shù)的準確測量對輸出品質(zhì)、生產(chǎn)效率和安全可靠的運行至關(guān)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(shù)字接口輸出的半導(dǎo)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(shù)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(yè)接觸式RTD測溫的模擬前端AFE AD7124-4/8。

圖1：AD7124-4/8內(nèi)部框圖

AD7124針對RTD測溫而優(yōu)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(gòu)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(diào)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(wǎng)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(tǒng)》;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(tǒng)》。

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

圖2：溫度精度測量(Sinc4濾波器、全功率模式、50 SPS，僅執(zhí)行25℃一次性校準)

ADI出版的技術(shù)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(wǎng)的《RTD比率式溫度測量的模擬前端設(shè)計考慮》。

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(cè)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。

圖4：三線制的兩種接法，側(cè)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(xiàn)。共計有8種獨立設(shè)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(shè)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(diào)寄存器 OFFSET_N

? 增益寄存器GAIN_N

圖5：差分和單端混合配置(使用多種公用設(shè)置)

ADI官網(wǎng)提供non-os的驅(qū)動代碼，一段典型的驅(qū)動初始化代碼，如下：

以下為建議ADC配置流程：

據(jù)了解，在世健公司的技術(shù)支持下，多家業(yè)內(nèi)知名的本土工控大廠采用AD7124-8設(shè)計的多通道RTD/TC測溫板卡，已量產(chǎn)上市。