多傳感器高準(zhǔn)確度數(shù)字溫度測量系統(tǒng) LTC2983，可測量多種溫度傳感器并以數(shù)字方式輸出結(jié)果 (采用 ºC 或 ºF 為單位)，具有 0.1ºC 的準(zhǔn)確度和 0.001ºC 的分辨率。今天我們要講的是 LTC2983 為何能夠測量 18 個兩線式 RTD?

單個 LTC2983 溫度測量器件能支持多達(dá) 18個兩線式RTD探頭(如圖 1 所示)。每個 RTD 測量包含同時檢測由于電流 IS 而在 RSENSE 和 RTD 探頭RTDx 兩端所產(chǎn)生的兩個電壓。對每個電壓進(jìn)行差分檢測，而且鑒于 LTC2983 擁有高共模抑制比，因此堆棧中 RTD 的數(shù)量并不會對個別測量產(chǎn)生不利影響。

圖1 LTC2983 可支持 18 個 RTD 傳感器

RTD 探頭的選擇取決于系統(tǒng)準(zhǔn)確度和靈敏度要求。例如，假設(shè)使用的是兩線式探頭，則可以證明在存在配線寄生電阻的情況下 PT-1000 更加堅(jiān)固。

一旦選定了 RTD，則應(yīng)選擇合適的 IS 和 RSENSE 以使電阻器堆棧頂端的電壓(CH1輸入端上的V)在系統(tǒng)的整個工作溫度范圍內(nèi)不超過 LTC2983 的輸入共模限值。該要求表達(dá)為：

考慮圖 1 所示的系統(tǒng)并假設(shè)下面限制條件：5V 電源軌、所有的 RTD 探頭均為 PT-100 和最大預(yù)期溫度測量在 150℃。表 1 列出了用于每個 PT-100 探頭的通道分配字。其中，在該例中 CH3 檢測 RTD1 探頭，CH4 檢測 RTD2?等。連接至 CH2 的電阻器按表 2 所示進(jìn)行配置。

表 1. CH2 至 CH20RTD 通道分配字

表 2.檢測電阻器通道配置字

RTD堆棧穩(wěn)定時間

一旦激勵電流源啟用，則 R 和 C 鏈路需要一段有限的時間以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。這就是穩(wěn)定時間 tS。tS取決于每個輸入節(jié)點(diǎn)上個別電阻器(RSENSE 和 RTD)和電容器的數(shù)量和數(shù)值。tS 的上限可通過總 RC 的集總來估測，但是這樣做會得出過于悲觀的結(jié)果。另一種獲得 tS 的方法是簡單地仿真一個電路，如圖 2 所示。

圖2 RTD堆棧的延遲線模型

仿真的結(jié)果如圖3。這里，所有的電容器均選為 100 nF，而RSENSE 為1 kΩ。每根線代表穩(wěn)定至堆棧中最后一個 RTD 兩端電壓之終值的 0.1% 以內(nèi)所需的穩(wěn)定時間tS 。對于每幅曲線圖，所有的 RTD 均為同一類型。

圖3 RTD堆棧的仿真穩(wěn)定時間

按照默認(rèn)設(shè)置，LTC2983 在激勵電流源的啟用和ADC轉(zhuǎn)換的起始點(diǎn)之間插入一個延遲時間 tDELAY =1 ms。然而，當(dāng) RTD 堆棧中的 PT-100 探頭數(shù)量多于 2 個時，這個延遲時間就不夠了(見圖 3)。

tDELAY 可通過設(shè)定 MUX 配置寄存器 0x0FF 中的值來增加。按照默認(rèn)設(shè)置，該寄存器是清零的。寄存器值每增加一個 LSB 代表默認(rèn) tDELAY 增加 100μs。例如，把 0x10 寫入 0x0FF 寄存器產(chǎn)生的結(jié)果是：

需注意的是，該可編程延遲的最大值為 26.5 ms，這對于最多 6 個 PT-1000 器件的穩(wěn)定來說是足夠了(假設(shè) C=100 nF)。如圖 3 和圖 4 所示。

圖4 RTD堆棧的總轉(zhuǎn)換時間

tDELAY 在每個個別ADC周期之前插入。每個 RTD 測量包括兩個 ADC 周期。于是，RTD 堆棧的總轉(zhuǎn)換時間大約為：

式中的t DELAY 可由用戶設(shè)置，tCONV在產(chǎn)品手冊的“CompleteSystemElectricalCharacteristics”(完整的系統(tǒng)電特性)表中給出，其通常為 164 ms(包括默認(rèn)的 MUX 延遲)，N 是將要測量的 RTD 數(shù)量。tTOTAL 如圖4 所示。

結(jié)論

LTC2983 能夠連接至最多 18 個兩線式 RTD 探頭，但是一定要把由 RC 系統(tǒng)引起的穩(wěn)定延遲考慮在內(nèi)。這個問題可能會因?yàn)樗肦TD探頭的數(shù)量和類型而加劇。延遲問題可以運(yùn)用本文提出的模型和仿真進(jìn)行考察。