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[参考译文] 为 PT1000构建恒定电流源

Guru**** 2382630 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS1119, ADS1248, ADS1148, INA821, INA818, INA333
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/989331/build-a-constant-current-source-for-pt1000

主题中讨论的其他器件:ADS1119ADS1248ADS1148INA821INA818INA333

您好!  

我的客户希望使用 PT1000构建辐射测量解决方案。  

要求:  

  • PT1000和 PCB 之间的导线为4.5 - 8m
  • 2线制测量是必需的
  • 外部基准
  • ADC 应为 ADS1119

 他阅读了文档 SBAA201-《使用 ADS1148进行 RTD 比例测量和滤波》和       ADS1248系列器件。 为了构建此功能、他需要为 ADS1119提供外部电流源。

  • Q1:是建议的共模和差分滤波步骤、足以减少发射干扰  
  • Q2:电流源是否具有良好的抗干扰性的特殊电路。 客户阅读 了 SBVA001SNOA481b ( 3.1.1.1电流源)中的电流源

您能否也推荐器件。  

谢谢  

1月  

  • 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。

    您好、Jan、

    Q1:是建议的共模和差分滤波步骤、足以减少发射干扰  

    PT1000 RTD 是典型的薄膜类型、在0C 时 R 的标称值为1kΩ Ω(必须使用.2线 RTD)。 您担心的是哪种发射干扰? RTD 通常由恒流源驱动。 如果驱动电流较低、则功耗更低、自发热问题更少。 对于4.5M-8m RTD 长度、PT1000、2线型是不错的选择。 该应用的温度精度是多少?   

    本主题有许多设计方法。 我将随附一种使用仪表放大器(IA)的设计方法、请参阅以下应用。 如果您的应用需要保持高温度测量精度、IA 是最佳方法之一。 以了解设计要求。   

    https://www.ti.com/lit/an/sboa425/sboa425.pdf?ts=1616778419923&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    如果您能够保持 PT1000传感器的长度匹配( PT1000输入任一侧的 R 相同) 、IA 应能够消除并抑制模拟感应前端的任何共模噪声 由于温度变化率相当低、您可以放置 LPF 来消除模拟前端不需要的高频噪声、请参阅随附的应用手册。  

    如果您能够告诉我们 您的应用中可用的电源(电压电平、单电源轨或双电源轨)、我们可以为您的应用推荐 IAS。  

    Q2:电流源是否具有良好的抗干扰性的特殊电路。

    REF200 是适合 RTD 应用的双封装电流源。  最好使用 IC 封装、而不是自行设计、除非您的温度工作条件超出电流源范围。

    请告诉我有关您的应用的更多信息。 设计要求中规定了哪些类型的抗扰性? 传感器需要在哪种环境下运行。

    IA 具有差分输入传感器级。 如果您担心外部噪声干扰、则可以考虑通过设计方法实现差分输入到输出。  

    如果您要使用 ADS119、则该设计中可能只有+/-5V 可用。   INA333 是一个选项。 。  

    如果您的设计需要满足和/或通过特定的测试合规性(汽车、军事或航空等)、请告知我们。 我们可以选择能够满足或满足这些设计要求的器件。 。

    下面是我封装的3线 RTD 应用手册(它是3线设计、但也适用于2线应用)。

    https://www.ti.com/lit/ug/tidu969/tidu969.pdf?ts=1616776511847&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    https://www.ti.com/lit/ug/slau520a/slau520a.pdf?ts=1616777373742&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    最棒的

    Raymond

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    您好 Raymond、

    感谢您的回复。 当我代表上述客户时、我将在该论坛中直接进行交流。

    问:您关心的是哪种发射干扰?

    传感器线以专用电缆运行、但最有可能是非屏蔽的。
    传感器电缆嵌入在较大的电缆中、直流线路承载高达数百安培的直流电流、而直流/直流转换器提供高达1000V 的直流电流。 这些直流电源电缆允许的干扰电压限值为:

    频率 范围 MHz 准峰值 db (UV) 平均 db (UV)
    0.15至0.5 100 90
    0.5至5 86 76.
    90 80
    5至30 LIN。 将频率对数添加到
    73. 60

    此外、该较大的电缆中嵌入了另一条并行信号电缆、用于传输 kHz 范围内的 PWM 以及 HomePlug PLC 调制。 据我所见、所有这些线路都是非屏蔽的、因此我主要关注来自所描述的其他并行电缆的干扰。


    RTD 通常由恒流源驱动

    首选300uA 电流源。


    问:应用的温度精度是多少?

    -完整的 ADC 测量范围为-30...+100°C
    -已用 PT-1000的传感器误差为+/- 1.5°C @ 90°C
    -300uA 会导致最大自发热 0.1K @ 90°C

    该应用不允许进行偏移校准。
    90°C 是一个特别重要的温度值、因为90°C 意味着必须检测到过热情况。
    即、传感器读数为88.4°C 时、必须假定实际达到90°C。

    另一方面、在传感器负容差最坏的情况下、88.4°C 的传感器读数实际上可能为87°C。

    关于电路的精度、电路引入的高达+/-0.5°C @ 90°C 的附加温度被认为是可接受的。


    问:如果您能够告诉我们可用的电源

    可用电源:+3.3V、+5V、+15V、-15V


    问:传感器需要在哪种环境下运行。

    传感器在户外应用中工作。


    一些其他信息:


    应用中有两个 PT-1000传感器。 虽然 ADS1119支持使用单个电流源在比例式测量中对两个串联传感器进行读取、但我们必须使用两个 ADS1119、每个都具有一个传感器和一个电流源。

    原因是我们必须在 SIL-1中实现额外的纯硬件过热检测。 一个专用电路。
    首选比例式测量、因为这样符合 SIL 标准的电路就简化了(电流源的偏差误差不会改变测量精度)。

    当将该方法与 IA 结合使用时、我们将失去该电路结构。 因此、为了澄清-您是否建议不要进行比例式评估?

    此致、Oliver

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    您好、Oliver、  

    感谢您的设计要求。  

    我将您的设计要求作为参考并在以下 Tina 模型中实现。 如前所述、我继续将 INA333仪表放大器用于 RTD (PT1000)应用。 如果您希望使用更高的电压 IA、我们也可以使用该电压(与 INA333相当、例如 INA821、INA818或类似器件)。

    下图是我用于仿真的设计参考。  

    在下面的仿真中、我将输入差分 LP 滤波器放置在大约245Hz。 温度变化或响应速率可轻松测量并监控高达25Hz 的频率。 此外、我假设 RTD 为28测量仪表、引线的长度为8米。 如果 RTD 电缆束是双绞线和匹配线对、则其电气和/或磁衰减效果会更好。 RTD 仿真由100uA 恒定电流驱动。 如果您希望在300uA 内驱动 PT1000、我们可以相应地修改仿真(也意味着我们可能需要使用高电压 IA 部件)。  

    RC LPF 滤波器的衰减范围为-40dB 至-60dB。 INA333具有高达110dB 的额外 CMRR、因此、我没有花太多时间来处理模拟输入噪声、我假设这是1Vpk。 RTD 输入电路的输入噪声衰减范围高达-150dB 至-170dB、由于设计和器件选择的原因、INA333模拟前端的耦合共模噪声或干扰不会很大。  

    封闭是一种比例式 RTD 设计应用、适合您的参考。  

    https://static5.arrow.com/pdfs/2013/11/24/3/19/23/744/txn_/manual/slau520.pdf

    e2e.ti.com/.../INA333-PT1000-03292021.TSC

    假设这是一个建议的草稿设计。 一旦您确定了要执行的操作、我就可以修改原理图和/或对设计进行进一步改进。  

    如果您有任何疑问、请告诉我。  

    最棒的

    Raymond  

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    您好 Raymond、

    非常感谢您的支持和宝贵信息。

    有关您在仿真中实现的 RC LPF 滤波器的一个问题。 您将 PT1000电阻本身用作滤波器电阻、对吧?

    如果在 LPF 级中使用额外的滤波电阻器并相应地减小滤波电容器值、是否有任何缺点?

    在仿真中、电流源实际上仅驱动 RTD、而不是线电阻。 正确的做法是、电流源必须流经 RTD 和线电阻。 传感器电缆实际上是 AWG20 (0.5mm2、绞合线)、因此可以假设线电阻较小、每条线约为0.27欧姆。

    此致、Oliver

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    您好、Oliver、

    Q1: 您将 PT1000电阻本身用作滤波器电阻、对吧?

    是的、这是我的意图。 我尝试将输入 RTD 引线保持在低阻抗状态。 由于线对位于电缆束内、因此低阻抗将具有更好的抗噪性能、可抵抗磁性和电气引起的噪声和 /或 RTD 传感器/电缆中的尖峰感应干扰。 我希望它在高频下也具有更好的辐射和传导敏感性。

    (差分 LPF 配置为大约250Hz,从250Hz --> 2.5kHz --> 25KHz --> 250kHz 等,在最高250kHz 的频率下,最小衰减为60dB。 如果您谈论的是 MHz 信号、-20dB/十倍频程的下降将继续显著衰减。 INA333的100dB CMRR (DC-60Hz)在较低频率下工作良好、尽管它在较高频率下会开始减小、请参阅数据表的图19)、但随着输入噪声增加到超过 MHz 范围、差分 LPF 的衰减将更显著。)  

    整个 INA333的传递函数如下所示: VOUT_RTD =增益(V+- V-)+ GAIN*Vos_max + Vos_DA + Vref、其中增益= 11、Vos_max = 25uA 且 Vos_DA = 75uA (INA333中差分放大器的第二级)、Vref = 1.25Vdc (例如使用200uA 常数 I、请参阅随附的 Tina 仿真)。 在本例中、我将恒流源更改为200uA、其中 REF200 是恒流源(将2x100uA 组合成一个200uA 电流源)。  

    如果您能够增加增益(V+- V-)信号振幅、则总体误差将显著减小。 只要输入信号或噪声在 INA333的模拟前端的共模工作、该器件就会拒绝输入信号或噪声。  

    e2e.ti.com/.../INA333-PT1000-03312021.TSC

    Q2:如果在 LPF 级中使用额外的滤波电阻器并相应地减小滤波电容器值、是否存在任何缺点?

    答案部分在上文答复。 如果您在 RTD 输入信号中插入小滤波电阻(匹配)、则 IR 压降误差很可能很小或微不足道。 如果插入的滤波电阻器中有误差、电压差(200uA*k ΔR Ω)将从某些共模转换为 INA333输入上的差分模式、这可能会影响总温度测量误差。   

    此外、温度精度要求是"PT-1000的传感器误差为+/- 1.5°C @ 90°C"、因此、如果 您的滤波电阻(低值)和 RTD 导线长度合理匹配、那么上述测量误差可能微不足道。 也许您需要稍微减小差分电容、这将使 INA333电路的带宽或温度响应有所增加。 (我没有关于感测物体的温度响应特性的信息。 通常情况下、温度变化率不是很快;温度变化率1Hz 已经非常快)。  

    最棒的

    Raymond

     

      

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    您好、Jan、

    我会这样做:

    无电流源、只有一个精密电阻器和一个24位 Δ-Σ ADC。

    为了尽可能减少 PT1000的自发热、请选择合适的低基准电压 REFP 和/或合适的高欧姆精密电阻器 Rref。

    Kai

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    您好 Kai、

    感谢您的回复。

    对于 PT1000及其传感器线路上的耦合共模噪声/干扰、该电路的行为如何?

    此致、Oliver

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    您好、Oliver、

    有足够的空间来添加滤波电容器。 为了避免非线性电容器特性的整流效应、我将使用高质量塑料薄膜电容器(聚丙烯或类似产品)。 此处应避免使用陶瓷电容器、除非使用了 NP0。

    Kai

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    您好 Kai、

    感谢您的回答和建议。

    此致、Oliver

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    您好 Raymond、

    感谢您对滤波器电路的进一步解释。

    此致、Oliver

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    祝你好运

    Kai

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    您好、Oliver、  

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    最棒的

    Raymond