三線(xiàn)制PT100測溫容易忽略的設計細節

高精度三線(xiàn)制PT100測溫電路容易遇到PCB走線(xiàn)電阻差異導致的測量精度下降問(wèn)題，看似簡(jiǎn)單的走線(xiàn)，可能引入0.1℃及以上偏差。本文進(jìn)行量化分析，并探討相應的解決方法。

PCB走線(xiàn)電阻的影響程度

PT100三線(xiàn)制測量方法，通過(guò)引線(xiàn)電阻相減的方式，抵消引線(xiàn)電阻。當三根引線(xiàn)的阻值不相等時(shí)，則引入測量誤差。PCB的輸入端子至ADC走線(xiàn)，是PT100引線(xiàn)的一部分，同樣會(huì )引入測量誤差。誤差值可以通過(guò)走線(xiàn)阻值的差值和PT100的平均溫度系數換算。

PT100的平均溫度系數為0.385Ω/℃，38.5mΩ對應0.1℃的溫度變化。PCB走線(xiàn)考慮常用的10mil線(xiàn)寬、1oz銅層厚度，如果走線(xiàn)長(cháng)度差異為25mm，其直流電阻為42.6mΩ，換算成溫度偏差為0.11℃，是一個(gè)明顯的誤差。走線(xiàn)長(cháng)度差異為5mm，直流電阻變?yōu)?.5mΩ，換算成溫度偏差為0.02℃，則基本可以忽略。

星形走線(xiàn)和等長(cháng)走線(xiàn)

PT100的三線(xiàn)制測量電路，在多通道應用時(shí)，激勵電流的返回路徑為多個(gè)通道共用。該返回路徑在PCB上共用走線(xiàn)時(shí)，走線(xiàn)長(cháng)度將更長(cháng)。以 高精度測溫模塊ZAM6228 為例，下圖中，如果通道CH1離ADC近，它的A、B線(xiàn)PCB走線(xiàn)短，C線(xiàn)由于4個(gè)通道共用，需要在PCB上需要額外經(jīng)過(guò)另外3個(gè)通道CH2~CH4的接線(xiàn)端子，走線(xiàn)更長(cháng)。使用常規的5.08mm間距工業(yè)端子時(shí)，每個(gè)通道有3個(gè)位端子，C線(xiàn)PCB走線(xiàn)長(cháng)度多出3*3*5.08=45.7mm，如果用10mil走線(xiàn)寬度，對應的溫度偏差約為0.2℃。

在PCB上使用星形走線(xiàn)，并通過(guò)PCB軟件做等長(cháng)走線(xiàn)，可以輕松解決走線(xiàn)電阻引入溫度偏差的問(wèn)題。以高精度測溫模塊ZAM6228為例，下圖中，星形走線(xiàn)是指每通道的C線(xiàn)單獨從模塊引腳走線(xiàn)至對應的輸入端子。而每個(gè)通道的A、B、C三根線(xiàn)，通過(guò)PCB軟件做等長(cháng)走線(xiàn)，可以使得走線(xiàn)長(cháng)度差異小于5mm。

ZAM6228模塊的評估板使用了星形走線(xiàn)和等長(cháng)走線(xiàn)，如下圖所示。經(jīng)測試，PCB走線(xiàn)引入偏差不到0.01℃，對于模塊自身0.02%+0.1℃的測溫精度，可以忽略，可以完整的得到高測溫精度。