高分辨率溫度測量

熱電偶放大器AD8494內置一個片內溫度傳感器，一般用于冷結補償，將熱電偶輸入端接地，該器件便可用作一個獨立的攝氏溫度計。在這種配置中，放大器在片內儀表放大器的輸出引腳與（一般接）參考引腳之間產生5 mV/°C的輸出電壓。這種方法有一個缺點，當測量較窄范圍的溫度時，系統分辨率不佳。考慮這一情況：采用5 V單電源供電的10位ADC具有4.88 mV/LSB的分辨率。這意味著，圖1所示的系統具有約1°C/LSB的分辨率。如果目標溫度范圍較窄，例如20°C，則輸出改變幅度為100 mV，ADC的可用動態范圍僅有1/50得到利用。

圖1. 簡單溫度計

圖2所示的電路能夠解決這一問題。同上述配置一樣，放大器在儀表放大器的輸出引腳與參考引腳之間產生5 mV/°C的輸出電壓。然而，現在參考引腳由運算放大器AD8538（配置為單位增益跟隨器）驅動，因此5 mV/°C電壓出現在R1兩端。流經R1的電流也會流經R2，從而在該串聯組合兩端產生一個溫度相關的電壓，其大小為(R1 + R2)/R1乘以R1兩端的電壓。利用圖中所示的值，可以得出輸出電壓以20 × 5 mV/°C = 100 mV/°C的幅度改變，因此20°C溫度變化將產生2 V的輸出電壓變化。新系統的分辨率為0.05°C/LSB，比原電路提高20倍。AD8538緩沖該電阻網絡，以低阻抗驅動參考引腳，從而保持良好的共模抑制性能和增益精度。

圖2. 高分辨率溫度測量

必須確保系統靈敏度與所需的溫度范圍匹配。例如，25°C時的輸出電壓為2.5 V，輸出電壓的變化范圍為0.5 V至4.5 V，則系統可以精確測量5°C至45°C范圍的溫度。

圖3所示電路能夠提供更高的靈敏度和可定制的溫度范圍。R3和R4構成電阻分壓器，用于模擬所需的熱電偶電壓來調整放大器，以便在所需的溫度時將輸出電壓設為0。如果V_DD噪聲較高，可以利用精密基準電壓源和分壓器電路來提供更安靜、更精確的偏移調整。如圖所示，該電路在25°C時的輸出電壓約為0.05 V，靈敏度為100 mV/°C（0.05°C/LSB分辨率），測量范圍約為25°C至75°C。

AD8494的初始失調誤差為±1°C至±3°C，用戶必須進行失調校準，以便改善絕對精度。

圖3. 具有偏移調整功能的更高分辨率溫度測量