AD7793在高精度溫控設備中的應用

摘要：文章介紹了∑-△型ADC轉換器AD7793的特點、工作原理和應用，其中包括ADC的接口電路設計、PCB設計以及MCU通過SPI接口對AD7793進行初始化配置等，同時給出了溫控設備的實測結果。
關鍵詞：ADC；AD7793；MCU；SPI；高精度溫控

0 引言
溫度控制技術已成為工業、農業、科學研究、航空航天和人們生活等各活動中很重要的一個環節，特別是在科學研究、航空航天、生物醫藥、精密儀器等領域對溫度控制精度的要求極高，有時是極其苛刻的。高精度溫控儀基于PT1000、MCU、AD7793和OPA548作為核心芯片，具有精度高、結構簡單、體積小、穩定性好，成本低廉的特點。本文介紹了AD7793芯片的特點、工作原理和在我們研制的高精度溫控設備中的應用。

1 AD7793芯片的特點
AD7793的內部框圖如圖1所示，具有以下特點。1)轉換精度高，24位數據輸出；2)芯片集成度高，它內置24位∑-△調制器、緩沖器、基準電壓源、恒流源、儀表放大器和片內數字濾波器；3)3個差分模擬輸入通道，可以被配置為緩沖模式或無緩沖模式；4)接口電路要求低，可以直接接收來自應變器或傳感器的模擬量輸入。5)分辨率高、噪聲很低，因此對于前端的抗混疊濾波器的要求也大大降低，一個簡單的RC低通濾波器就足夠了；6)該芯片具有自校準、系統校準功能，可以消除零點誤差、滿量程誤差及溫度漂移的影響。7)三線式SPI接口，通過MCU靈活控制和配置AD7793片內寄存器，實現對AD7793芯片的控制。

2 AD7793芯片的工作原理
AD7793采用∑-△調制技術，與雙積分式的ADC比較，有很高的分辨率和精度。在工作時，AD7793以一定的速率對模擬輸入信號連續采樣，采樣速率受系統時鐘的控制。采樣信號經BUF、PGA放大，使其輸出電平滿足電荷平衡ADC的要求，然后轉換成數字脈沖序列，該序列經數字濾波器處理后，以確定的速率更新數據寄存器中的數據。數字濾波器的主要作用是抑制串模干擾，不同的更新速率下，AD7793所選擇的數字濾波器也略有不同。數據寄存器中的數據可以從SPI接口隨機讀出。

3 AD7793芯片的應用
AD7793的接口電路如圖2所示。根據系統的測量精度和控制精度要求，選擇了RTD傳感器PT1000作為測溫傳感器。PT1000具有良好的長期穩定性、線性度好、響應時間快，測試電流在允許值范圍內，自熱系數小，滿足系統的技術要求。PT1000傳感器對溫度的變化輸出一般是微伏級的微弱信號，但AD7793具有完整的模擬前端功能，內部集成了低噪聲儀表放大器，且可以設置增益，因而可以直接輸入測量傳感器輸出的微弱信號，輸入信號通過低通濾波后進入AD7793的A／D輸入端。

RTD傳感器PT1000電阻接線主要有三種方式：二線制、三線制和四線制。它們的主要區別在于，由于引線電阻的存在，則不同的測溫方式得到的測量精度不同，應視使用場合的要求高低而定。二線制精度較低，無法消除線路電阻的影響，環境溫度的變化對其影響很大，近距離可以使用；三線制是工業應用中的主流，多一根線主要消除導線電阻的影響，采用惠斯頓平衡電橋，適合遠距離傳輸。四線制應用較少，但精度高，能補償由導線引起的誤差，在高精度測量中廣泛應用。在本設備中采用四線制測溫的方式，可以完全消除引線電阻所引起的誤差，滿足高精度測量的要求。