高集成度模擬前端AFE AD7124在RTD測溫場(chǎng)合的應用

隨著(zhù)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(chǎng)，ADI公司擁有完善的測溫/控溫方案，從無(wú)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(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內部框圖

AD7124針對RTD測溫而優(yōu)化的豐富特性有以下幾點(diǎn)：

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(xiàn)制PT100測溫

3）50 Hz/60 Hz 同時(shí)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(wú)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(wǎng)可以檢索到測試驗證過(guò)的實(shí)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(xiàn) 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(xiàn)RTD測量系統》。

采用兩點(diǎn)校準和線(xiàn)性化，在?50℃至+200℃的溫度范圍內，3線(xiàn)系統的整體精度優(yōu)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(wú)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(wú)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，僅執行25℃一次性校準）

ADI出版的技術(shù)周刊《模擬對話(huà)Analog Dialogue》，解析了ADC前端R-C無(wú)源器件對測量精度的影響，詳見(jiàn)ADI官網(wǎng)的《RTD比率式溫度測量的模擬前端設計考慮》。

圖3：使用AD7124進(jìn)行RTD測量的模擬輸入配置

一片AD7124-8最多可支持8路3線(xiàn)制RTD。若對 EMC 抗擾要求很高，建議改用右側的接法，一階無(wú)源濾波的R/C值，可以取大。此時(shí)一片AD7124-8，僅支持4路3線(xiàn)制 RTD。

圖4：三線(xiàn)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(lái)最終實(shí)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(gè)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

圖5：差分和單端混合配置（使用多種公用設置）

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

以下為建議ADC配置流程：

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