溫度比特轉換器解決了溫度傳感器測量難題

　　溫度，所有人都很熟悉，但卻難以準確測量。在現代電子產(chǎn)品時(shí)代到來(lái)之前，伽利略(Galileo)發(fā)明了能夠檢測溫度變化的基本溫度計。兩百年后，席貝克(Seebeck)發(fā)現了熱電偶，這種器件能夠產(chǎn)生以不同金屬的溫度變化率為函數的電壓。如今，利用熱電偶以及受溫度影響的電阻元件(RTD和熱敏電阻器)和半導體元件(二極管)以電子方式測量溫度已較普遍。盡管從這些組件獲取溫度的方法已為大家熟知，但是以好于0.5℃或0.1℃的準確度測量溫度依然富有挑戰性。

　　要數字化這些基本傳感器元件，就需要專(zhuān)門(mén)的模擬電路設計、數字電路設計和固件開(kāi)發(fā)技術(shù)。LTC2983將這些專(zhuān)門(mén)技術(shù)整合到單一IC中，解決了與熱電偶、RTD、熱敏電阻器以及二極管有關(guān)的每一種獨特挑戰。該器件整合了每種類(lèi)型傳感器所必需的模擬電路和溫度測量算法以及線(xiàn)性化數據，以直接測量每種傳感器，并以℃為單位輸出測量結果。

　　熱電偶概述

　　熱電偶產(chǎn)生的電壓是熱電偶尖頭(熱電偶溫度)和電路板上電氣連接點(diǎn)(冷接點(diǎn)溫度)之間溫差的函數。為了確定熱電偶溫度，需要準確測量冷接點(diǎn)溫度，這種方法即大家熟知的冷接點(diǎn)補償。冷接點(diǎn)溫度通常由單獨放置在冷接點(diǎn)處的溫度傳感器(非熱電偶)確定。LTC2983允許二極管、RTD和熱敏電阻器作為冷接點(diǎn)傳感器使用。為了將來(lái)自熱電偶的電壓輸出轉換成溫度，必須求解(利用表或數學(xué)函數)高階多項式(高達14階)以得到被測電壓和冷接點(diǎn)溫度。LTC2983內置了用于所有8種標準熱電偶(J、K、N、T、R、S、T和B)的多項式，以及用于定制熱電偶的用戶(hù)設定表數據。LTC2983同時(shí)測量熱電偶輸出和冷接點(diǎn)溫度，并執行所有必需的計算，然后以℃為單位報告熱電偶溫度。

　　熱電偶：重要的是什么?

　　熱電偶產(chǎn)生的輸出電壓很低( 滿(mǎn)標度時(shí)< 100 m V)。由于A(yíng)DC存在偏移和噪聲，所以所測量電壓值必須很低。此外，該電壓是絕對電壓讀數，需要準確/低漂移基準電壓。LTC2983含有一個(gè)低噪聲、偏移連續校準的24位增量累加ADC(偏移和噪聲<1μV)，并具備最大值為10ppm/℃的基準。

　　當熱電偶尖頭裸露于低于冷接點(diǎn)溫度的環(huán)境時(shí)，熱電偶的輸出電壓還能夠低于地。這迫使系統增加第二個(gè)負電源或者輸入電平移位電路，因此使系統變得更加復雜。LTC2983納入了一個(gè)專(zhuān)有前端，能夠用以地為基準的單一電源對信號進(jìn)行數字化。

　　除了提供很高的測量準確度，熱電偶電路還必須采用噪聲抑制、輸入保護和抗混疊濾波。LTC2983的輸入阻抗很高，最大輸入電流低于1nA。該器件可以采用外部保護電阻器和濾波電容器，而不會(huì )引入額外誤差。LTC2983包含一個(gè)內置數字濾波器和對50Hz及60Hz的75dB抑制。

　　故障檢測是很多熱電偶測量系統的重要功能。最常見(jiàn)的故障是開(kāi)路(熱電偶損壞或未插入)。過(guò)去，在熱電偶輸入端加上電流源或上拉電阻器以檢測這類(lèi)故障。這種方式的問(wèn)題是，這些感應信號導致誤差和噪聲，并與輸入保護電路相互作用。LTC2983包括一個(gè)獨特的開(kāi)路檢測電路，該電路可在測量周期開(kāi)始前一刻檢查熱電偶是否損壞。在這種情況下，開(kāi)路激勵電流/電阻器不干擾測量準確度。LTC2983還報告與冷接點(diǎn)傳感器有關(guān)的故障。該器件還檢測、報告靜電放電(ESD)事件，并能夠從這類(lèi)事件中恢復，當在工業(yè)環(huán)境中使用較長(cháng)的傳感器連線(xiàn)時(shí)，有可能發(fā)生這類(lèi)事件。LTC2983還通過(guò)其故障報告指示所測溫度是否高于/低于特定熱電偶預期的溫度范圍。

　　二極管概述

　　二極管是可用作溫度傳感器的低價(jià)半導體器件。這類(lèi)器件一般用作熱電偶的冷接點(diǎn)傳感器。當給二極管加上激勵電流時(shí)，二極管產(chǎn)生的電壓是溫度以及所加電流的函數。如果將兩個(gè)完美匹配、已知比率的激勵電流源加到二極管上，那么輸出就是可知與溫度成比例(PTAT)的電壓。

　　二極管：重要的是什么?

　　為了產(chǎn)生具備已知比例的PTAT電壓，需要兩個(gè)高度匹配、成比例的電流源。LTC2983依靠增量累加過(guò)采樣架構準確地產(chǎn)生這一比率。連接到該ADC的二極管和引線(xiàn)含有未知的寄生二極管效應。LTC2983提供3電流測量模式，消除了寄生引線(xiàn)電阻。不同二極管制造商規定了不同的二極管非理想系數。LTC2983允許單獨設定每個(gè)二極管的非理想系數。因為測量的是絕對電壓，ADC基準電壓的值和漂移都很關(guān)鍵。LTC2983包含在工廠(chǎng)中微調過(guò)最大值為10ppm/℃的基準。

　　LTC2983自動(dòng)產(chǎn)生成比例的電流、測量所產(chǎn)生的二極管電壓、利用所設定的非理想性數據計算溫度并以℃為單位輸出結果。該器件還可以用作熱電偶的冷接點(diǎn)傳感器。如果二極管損壞、短路或插入不正確，那么如果用LTC2983測量冷接點(diǎn)溫度，LTC2983就會(huì )檢測這種故障，并在轉換結果輸出字以及相應的熱電偶測量結果中報告該故障。

　　RTD概述

　　RTD是電阻值隨溫度變化而改變的電阻器。為了測量一個(gè)RTD，將一個(gè)準確已知的低漂移檢測電阻器串聯(lián)連接至該RTD。給該網(wǎng)絡(luò )加上激勵電流并進(jìn)行比例式測量。RTD的電阻值以歐姆為單位，可根據這一比率確定。然后通過(guò)查表，用這個(gè)電阻值確定傳感器元件的溫度。LTC2983自動(dòng)產(chǎn)生激勵電流，同時(shí)測量檢測電阻器和RT D電壓，計算傳感器電阻，并以℃為單位報告結果。RT D可以在很寬的溫度范圍內測量溫度，從低至200℃到高達850℃。LTC2983可數字化大多數類(lèi)型的RTD(PT-10、PT-50、PT-100、PT-200、PT-500、PT-1000和NI-120)，針對很多標準內置了系數(美國、歐洲、日本和ITS-90標準)，并面向定制RTD提供用戶(hù)設定的表數據。