采用LTC2983 測量18個兩線式RTD溫度

多傳感器高準確度數字溫度測量系統(tǒng) LTC2983，可測量多種溫度傳感器并以數字方式輸出結果 (采用 oC 或 oF 為單位)，具有 0.1oC 的準確度和 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 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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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℃。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現穩(wěn)定。這就是穩(wěn)定時間 tS 。tS取決于每個輸入節(jié)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 100μs。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(wěn)定來說是足夠了（假設 C=100 nF）。如圖 3 和圖 4 所示。

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

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(tǒng)引起的穩(wěn)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。