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[参考译文] OPA388:高精度 NTC 检测电路

Guru**** 2518690 points
Other Parts Discussed in Thread: TLV9002, OPA388, ADS1220

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1562965/opa388-ntc-sensing-circuit-with-high-precision

部件号:OPA388
主题中讨论的其他器件:TLV9002ADS1220

工具/软件:

我试图建立一个温度计能够读数+/–1m°C 近 0°C(它将用于确定某些解决方案的冰点)。
我正在使用这个 https://www.ti.com/lit/an/sboa323a/sboa323a.pdf?、ts = 1757330215808&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Ftool%252FCIRCUIT060002 作为参考。

我使用具有+5V 稳压和 GND 电源的 OPA388 而不是 TLV9002。 在以下配置下、R3 是我的高精度 NTC(在接近 0°C 的温度下非常精确)

由于 ADC 我在单端连续模式、正常模式下使用 ADS1220、每秒采样 20 个、禁用 PGA、增益为 1。

作为电压基准、我使用 ICL8069、可提供 1233V 的电压。 基准用于提供放大器运算放大器正负引脚的电压分压器、并作为 ADC 的电压基准。

对于我所需的特定温度范围、此配置将为我提供+/- 0.55mV/欧姆。

我面临两种问题:

1 — 振荡为+/–0、3mV、即使我插入 NTC 应处于的固定电阻值(精密电阻器)也是如此

2 - opa388 的输出或 ADS1220 的输入沿时间漂移...

所有电阻器的精度均为 1%、它们均放置在 PCB 的同一区域、PCB 的两侧具有稳健的接地平面、并且数字信号放置在远离模拟信号的位置。
模拟电路的电源与数字电路不同。 加热电阻器不会增加输出漂移(已使用加热铁进行测试)。

有人能帮我解决这个问题吗?

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    您好、Pedro、

    首先删除 C5 和 C6、因为它们会影响环路稳定性。 在 R1 上放置电容器、认为 R4 很合适。

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    谢谢你、Michallick 先生!
    先前版本的电路没有这些电容器、我添加了该电路以尝试消除 OPA388 输入引脚中的任何噪声、但不工作、正如您所说、这可能会损害环路稳定性!
    还有其他问题吗?

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    Pedro,

    opa388 的输出或 ADS1220 的输入随着时间的推移而漂移...
    [/报价]

    NTC 电阻器上是否连接良好(4 线)的开尔文连接?  漂移可能是 NTC 的自发热(来自电流)。

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    谢谢你的帮助罗恩!
    我在 NTC 上不使用开尔文连接、 忘记通知 NTC 放置在远离 PCB 的位置。
    NTC 通过 DB25 连接器连接到 PCB、而将 DB25 连接到 NTC 的电缆是 4x26awg 屏蔽电缆。

    但是、此时我不使用 NTC 来测试电路。 我使用线性多转电位计(型号 3590)...
    我认为、在需要测量的温度范围内电流非常低时、温漂不应由自发热引起。

    我开始认为,我需要改变拓扑结构,以达到我正在搜索的准确性:/

      
    简单来说、这就是 PCB 的外观... 左上角的 IC 是获得 NTC 传感器的 OPA388、右侧的另一个 OPA388 缓冲了 ICL8069 的 1、23V ...
    我为 PCB 提供 12V 开关电源、它进入产生 7V5 的降压转换器。 7V5 可为 ESP32、热敏打印机、LM1117-5(用于为模拟电路生成 5V 电压)和 lm7805 提供 5V 电压、用于为控制其他东西的数字信号生成 5V 电压...

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    Pedro,

    您可以用 4 线连接 NTC 吗?

    该函数所需的公式是什么?

    示例 NTC [5700 欧姆、5900 欧姆]的 VOUT [0V、1.233V]和可以或不可以逆转顺序。

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    我想可以用 4 线连接 NTC、但我不知道如何使用开尔文连接、我是否可以将 ADS1220 的 IDAC 设置为具有恒定电流流过 NTC?
    您能给我发一些参考资料吗?

    抱歉、 我首先发布的电路中有一个错误
    电阻器 R1 和 R2 应为 3.74K Ω

    因此:


    对于 NTC 7000 Ω、VOUT = 01382
    对于 NTC 4000 Ω、VOUT = 12266
    可以倒转、没有问题...
    再次感谢您的帮助!  

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    Pedro,

    如果不需要线性、这是一个简单的解决方案。 NTC 在该范围内无论如何都可能不是线性的、因此无论如何都需要校正。  

    e2e.ti.com/.../NTC-nonlin-_2B00_R.TSC

    温度计能够在 0°C 附近读取+/–1m°C

    0.001 开尔文的温度范围非常小、为 273.15 开尔文、因此这是一项极其困难的任务。  

    我假设 4K 到 7k 不代表接近 0°C 的小范围。  

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    尊敬的 Ron:

    你是对的、4K 到 7k 是我该过程所需的满量程、但我需要的信息有这么高的精度、大约为 5860 和 5920。
    我收到了您发送的电路、但如何在我的系统中使用直接比率?
    对不起,如果它是显而易见的,但我的头是油炸...
    电路的设计方式(我发布的那个)、NTC 的 R 已经是输出和输入之间比率的函数、不是吗?

    比如、在我的代码中、我确实 Rntc = 34753.0748/((mV/Rntc Vref)+ 2.6737)–5475;

    其中 mV 是 ADS1220 在 OPA388 输出端测得的电压、Vref 是 1233V、可缓冲 ADS1220 的电压分压器和基准。

    我没有得到的一点是、如何直接在代码中使用 N2/N1 的 DE 比率?

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    Pedro,

    、其中 mV 是 ADS1220
    测得的电压

    ADC 输出实际上是一个数字、它与一个被设计取消的 Vref 有关。   

    使用 N2/N1 的想法是、该数字是产生的数字。 它是 Vref 的一小部分、因此 Vref 无关紧要。 Vref 是有效单位、1.

    Tina 仪表上的 0V 表示 ADC 字 0x000000、Tina 表上的 1 表示 0xFFFFFF + 1(满量程时计数 1)

    ADC 输入有一个负极引线、因此我使用它来补偿电缆 GND 引线电阻造成电压损耗。  

    该电路有两个输出、一个是宽温度范围、另一个是窄放大范围。  

    e2e.ti.com/.../NTC-nonlin-_2B00_R_2C00_-zoom-_2D00_R.TSC

    对于理想元件、5860 欧姆为代码电压 0.86739V、相当于 ADC 0xDE0D45

    对于理想元件、5920 欧姆的代码电压为 0.13482V、相当于 ADC 0x228390

    您需要使用精确的电阻器、因为这对于实现接近 0C 的准确结果至关重要。 我在缩放输入范围上留出了一些裕度。  

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    电阻 PWR Loss 和 GND Loss 是仿真的电缆损耗、而不是设计中的实际元件。