采用LTC2983測量18個兩線式RTD

作者 / Tom Domanski ADI公司

　　單個LTC2983溫度測量器件能支持多達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兩端所產生的兩個電壓。對每個電壓進行差分檢測，而且鑒于LTC2983擁有高共模抑制比，因此堆棧中RTD的數量并不會對個別測量產生不利影響。

　　圖1 LTC2983可支持18個RTD傳感器

　　RTD探頭的選擇取決于系統準確度和靈敏度要求。例如，假設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更加堅固。

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

　　考慮圖1所示的系統并假設下面限制條件：5V電源軌、所有的RTD探頭均為PT-100和最大預期溫度測量在150°C。表1列出了用于每個PT-100探頭的通道分配字。請查考LTC2983產品手冊中的“ChannelAssignmentMemoryMap”(通道分配存儲器配置)。請注意，在該例中CH3檢測RTD1探頭，CH4檢測RTD2…等。

　　1 RTD堆棧穩定時間

　　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現穩定。這就是穩定時間tS。tS取決于每個輸入節點上個別電阻器(RSENSE和RTD)和電容器的數量和數值。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

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

　　圖3 RTD堆棧的仿真穩定時間

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

　　tDELAY可通過設定MUX配置寄存器0x0FF中的值來增加。按照默認設置，該寄存器是清零的。寄存器值每增加一個LSB代表默認tDELAY增加100 μs。請參閱LTC2983產品手冊中的“SupplementInformation”(補充信息)部分以了解有關MUX延遲的更多細節。例如，把0x10寫入0x0FF寄存器產生的結果是：

　　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器件的穩定來說是足夠了(假設C=100 nF)。見圖3和圖4。

　　圖4 RTD堆棧的總轉換時間

　　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堆棧的總轉換時間大約為：

　　式中的tDELAY可由用戶設置，tCONV在產品手冊的“CompleteSystemElectricalCharacteristics”(完整的系統電特性)表中給出，其通常為164 ms(包括默認的MUX延遲)，N是將要測量的RTD數量。tTOTAL概括于圖4。

　　2結論

　　LTC2983能夠連接至最多18個兩線式RTD探頭，但是一定要把由RC系統引起的穩定延遲考慮在內。這個問題可能會因為所用RTD探頭的數量和類型而加劇。延遲問題可以運用本文提出的模型和仿真進行考察。