芯熾24位模數(shù)轉換芯片SC3794(兼容ADI的AD7793)在熱電偶測溫中的應用

在熱電偶應用中，信號處理電路需要處理非常微弱的電壓信號，以常用的K型熱電偶為例，當測量-270℃溫度時對應輸出電壓-6.458mV，測量1372℃溫度時對應輸出電壓54.886mV，整個測量范圍內(nèi)溫度每變化1℃，輸出電壓變化40uV。
由于熱電偶輸出電壓信號微弱，信號處理電路一般需要較大的增益，同時由于引線較長，往往會在信號上疊加較大的共模干擾噪聲。因此信號采集處理的時候就需要在提取并放大差分信號的同時，盡量抑制共模噪聲對被測差分信號的影響。傳統(tǒng)的處理方法是，采用差分放大電路或者儀表放大器來處理熱電偶輸出信號，利用電路的高CMRR提取差分信號并濾除共模噪聲，然后再放大到合適的輸入范圍進行10-12bit的AD采樣，其存在的缺點是價格不菲，同時對工程師的模擬電路設計能力及調(diào)試能力有相當高的要求。另一種可選的辦法是，選用差分輸入的24bitADC對信號進行直接采樣，由于差分ADC的測量信號為Vp-Vn，天然具有差分信號的提取能力及共模噪聲抑制作用，同時可以大大簡化模擬電路的設計，對工程師十分友好。這里推薦一款芯熾的適合高精度測量應用的低功耗、低噪聲、完整模擬前端SC3794(完全兼容ADI的AD7793)，芯片內(nèi)置一個低噪聲24位Σ-Δ型ADC，其中含有3個差分模擬輸入，還集成了片內(nèi)低噪聲儀表放大器，因而可直接輸入小信號。當增益設置為64、更新速率為4.17Hz時，均方根（RMS）噪聲為53nV。器件內(nèi)置一個精密低噪聲、低漂移內(nèi)部帶隙基準電壓源，而且也可采用一個外部差分基準電壓。其它片內(nèi)特性包括可編程激勵電流源、熔斷電流控制和偏置電壓產(chǎn)生器。利用偏置電壓產(chǎn)生器可將某一通道的共模電壓設置為AVDD/2。SC3794典型功耗僅355μA，因而適合低功耗應用，例如整個發(fā)送器的功耗必須低于4mA的智能發(fā)送器等。SC3794還具有關斷選項。在這種模式下，整個ADC及其輔助功能均關斷，器件的最大功耗降至1μA。SC3794提供一種集成式熱電偶解決方案，可以直接與熱電偶接口。冷結補償由一個熱敏電阻和一個精密電阻提供。該電路只需要這些外部元件來執(zhí)行冷結測量，以及一些簡單的R-C濾波器來滿足電磁兼容性(EMC)要求，大大簡化了熱電偶系統(tǒng)設計。基于SC3794的帶冷端補償熱電偶參考設計及原理圖綜上，芯熾SC3794(完全兼容ADI的AD7793)具有性價比高、測量精度高、內(nèi)部模擬集成度高、數(shù)字接口輸出等優(yōu)勢特點，而熱電偶作為工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一，應用范圍非常廣泛，是芯熾SC3794的典型應用之一。