簡介

您是否想過如何設(shè)計(jì)一個(gè)具有高電磁兼容性(EMC)性能的精密溫度測(cè)量系統(tǒng)？本文將討論精密溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮因素，以及如何在保持測(cè)量精度的同時(shí)提高系統(tǒng)的EMC性能。我們將以RTD溫度測(cè)量為例介紹測(cè)試結(jié)果和數(shù)據(jù)分析，以便我們能夠輕松地從概念開發(fā)出原型和產(chǎn)品并走向市場(chǎng)。

精密溫度測(cè)量和EMC挑戰(zhàn)

溫度測(cè)量是模擬領(lǐng)域中最常用的一項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)。許多測(cè)量技術(shù)可用來檢測(cè)環(huán)境溫度。熱敏電阻是一種小尺寸且簡單的2線制方案，具有快速響應(yīng)時(shí)間，但其非線性和有限的溫度范圍限制了其精度和應(yīng)用。RTD是最穩(wěn)定、最精確的溫度測(cè)量方法。RTD設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于需要外部激勵(lì)、復(fù)雜電路和校準(zhǔn)。沒有溫度測(cè)量系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的工程師可能會(huì)氣餒。熱電偶(TC)可以提供堅(jiān)固耐用、便宜、不同測(cè)量范圍的解決方案，但完整的熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)需要冷端補(bǔ)償(CJC)。與熱敏電阻、TC和RTD相比，新型的數(shù)字溫度傳感器可以直接通過數(shù)字接口提供校準(zhǔn)的溫度數(shù)據(jù)。精密溫度測(cè)量需要高精度溫度傳感器和精密信號(hào)鏈來構(gòu)成一個(gè)溫度測(cè)量系統(tǒng)。TC、RTD和數(shù)字溫度傳感器的精度最高。精密信號(hào)鏈器件是可以獲得的，可用來收集這些傳感器信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為絕對(duì)溫度。在工業(yè)領(lǐng)域，達(dá)到0.1°C的精度是我們的目標(biāo)。這種精度測(cè)量不包括傳感器誤差。表1比較了不同類型的溫度傳感器。

RTD溫度測(cè)量解決方案

以LTC2983溫度測(cè)量AFE為例。系統(tǒng)控制器可以通過SPI接口直接從LTC2983讀取校準(zhǔn)的溫度數(shù)據(jù)，精度為0.1°C，分辨率為0.001°C。連接4線RTD時(shí)，激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn)功能可以自動(dòng)消除熱電偶的寄生效應(yīng)，并降低信號(hào)電路漏電流的影響。基于這些特性，LTC2983可以加速多通道精密溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高EMC性能而無需復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，讓您和您的客戶更有信心。圖2顯示了EMC保護(hù)的LTC2983溫度測(cè)量系統(tǒng)框圖。

2線和3線RTD傳感器還可以在PCB上使用開爾文配置。當(dāng)需要將限流電阻和RC濾波器添加到信號(hào)鏈路以保護(hù)器件的模擬輸入引腳時(shí)，這些額外的電阻會(huì)引入很大的系統(tǒng)失調(diào)。例如，用4線開爾文配置取代2線保護(hù)電路可以幫助消除該失調(diào)，因?yàn)榧?lì)電流不會(huì)流過這些限流電阻和RC濾波器，保護(hù)電阻引起的誤差可以忽略不計(jì)（參見圖4）。欲了解更多信息，請(qǐng)參閱LTC2986數(shù)據(jù)手冊(cè)。

正常工作條件下，TVS器件表現(xiàn)出很高的對(duì)地阻抗。將一個(gè)大于TVS擊穿電壓的瞬變電壓施加于系統(tǒng)輸入端時(shí)，一旦TVS被擊穿，輸入端電壓就會(huì)被箝位并提供低阻抗接地路徑，將瞬變電流從輸入端轉(zhuǎn)移到地。

圖2所示為3線PT-1000保護(hù)電路。3線PT-1000通過三個(gè)相鄰?fù)ǖ肋B接到LTC2983，其受到SMAJ5.0A TVS和100Ω限流電阻的保護(hù)。限流電阻和下游電容形成低通濾波器，以盡可能多地消除輸入線路中的RF成分，使每條線路和地之間的交流信號(hào)保持平衡，并在測(cè)量帶寬上維持足夠高的輸入阻抗以避免加載信號(hào)源2。差分模式濾波器的-3 dB帶寬為7.9 kHz，共模濾波器的-3 dB帶寬為1.6 MHz。

該溫度測(cè)量系統(tǒng)依據(jù)IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-3、IEC 61000-4-4、IEC 61000-4-5和IEC 61000-4-6標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了測(cè)試。在這些測(cè)試下，系統(tǒng)必須正常工作并提供精確的溫度測(cè)量。被測(cè)傳感器是B類3線PT-1000，其使用約10 m長的屏蔽線。

表3列出了IEC 61000-4-x抗擾度測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試電平和系統(tǒng)受EMI事件干擾時(shí)的溫度波動(dòng)。圖6顯示了測(cè)試時(shí)的輸出溫度數(shù)據(jù)曲線，其對(duì)應(yīng)于表3中的最大溫度波動(dòng)。

增加保護(hù)后的溫度測(cè)量精度

TVS和限流電阻有助于保護(hù)溫度測(cè)量系統(tǒng)不受EMC影響。箝位電壓越低的TVS，越能保護(hù)敏感電路。但反過來，它們可能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。為了應(yīng)對(duì)這種情況，我們必須使用具有更高擊穿電壓的TVS，因?yàn)楦叩膿舸╇妷阂馕吨谡９ぷ麟妷合侣╇娏鞲佟VS漏電流越低，則給系統(tǒng)增加的誤差越小。

作者簡介

Jon Geng于2018年加入ADI公司，現(xiàn)為中國核心應(yīng)用中心的應(yīng)用工程師。他的專業(yè)領(lǐng)域是開關(guān)、MXU、基準(zhǔn)電壓源、溫度傳感器和煙霧檢測(cè)。Jon于2018年從貴州大學(xué)獲得機(jī)械工程碩士學(xué)位，于2015年從河北師范大學(xué)獲得電子工程學(xué)士學(xué)位。

Li Ke是位于愛爾蘭利默里克的自動(dòng)化與能源事業(yè)部的系統(tǒng)應(yīng)用工程師。Li于2007年在中國上海加入ADI公司，擔(dān)任精密轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品線產(chǎn)品應(yīng)用工程師。此前，他曾在Agilent Technologies公司的化學(xué)分析部門擔(dān)任過四年的研發(fā)工程師。他于1999年獲得西安交通大學(xué)電子工程學(xué)士學(xué)位，并于2003年獲得西安交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程碩士學(xué)位。

Karl Wei于2000年加入ADI公司，現(xiàn)為中國核心應(yīng)用團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)理。他的專業(yè)領(lǐng)域是工業(yè)應(yīng)用中的精密信號(hào)鏈。此前，他在IC測(cè)試開發(fā)工程和營銷領(lǐng)域工作了8年。他于1992年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，獲得電氣工程碩士學(xué)位。