[参考译文] ADS1220：热电偶和RTD信号发送器设计有问题

您好，Mahmoud：

欢迎参加论坛！  我会做一些假设，如果我错了，你可以纠正我。  您想使用两个TCS或 一个3线RTD，使用相同的电路，而无需跳线或开关。  如果没有一些外部跳线或开关，您会发现这很难实现。  请注意ADS1220数据表第52页上的图77。  注意当前源如何直接连接到RTD。  如果您通过串联电阻驱动电流，您将很快遇到IDAC电源的漂移和合规电压问题，因为连接到电流源输出的输入电阻器中会出现压降。

根据工作温度范围，您可能还会看到AIN2和AIN3上的泄漏，这可能会降低将TC连接到这些输入时的准确度。

对于您的RTD，您可能需要考虑使用高侧基准并计算您的导联电阻，然后从测量值中减去。  这在图16中的ADS122U04EVM用户指南中进行了演示。 ADS122U04与ADS1220相似，不同之处在于通信接口是UART，而不是SPI，而且由于移除了低侧开关，AIN3上的漏电也较小。

对于TC测量，您需要补偿输入连接到PCB的冷接点。  您可以使用ADS1220的内部温度传感器，但在尝试将ADS1220放置在隔离的热区以进行输入时，路由变得非常重要。

您可能需要了解ADS124S08 (或ADS124S06)。  ADS124S08EVM用户指南还提供了一些如何将各种输入连接到器件的示例连接。  与ADS1220类似的另一个器件是ADS1247。  这些器件的优点是包括了一个VBIAS，用于在AVDD中置量TC以及自偏移校准。

所有这些器件均可在双极电源下运行，与单极电源相比，无降解。  在所有情况下，您都希望使用线性电源(如LDO)而不是开关电源，以避免产生额外的噪音。  如果必须使用切换台，则应避免切换频率为ADC调制器速率的倍数，然后使用LDO调节至最终电压。

如果TC已接地至机器，则必须确保TC输出处于ADC输入的工作范围内。  您不能假定机器接地与ADC接地具有相同的电压电位。  对于ADS1220，如果接地电位相同，则需要使用双极电源模式(如果您要使用大于4的增益 )，或者在使用单极电源时使用PGA旁路模式(最大增益为4)。

此致，

Bob B

Bob，您好！

感谢您的详细回答。

请找到显示我所考虑的设计的附件，红线显示RTD信号路径，蓝色显示TC。 让我们假设我将为2个TCS设计一个，为1个RTD设计另一个。

在RTD设计中，我认为TVS二极管，肖特基二极管和电阻器仍需要保护ADC的输入，以防止布线错误，因此我的设计中只会移除电容器。 这是否会提供错误的准确性？ 我正在寻找12-13无噪声位，如果是ADS1220，我可以使用ADS1120，因为我的系统中不需要高分辨率。

我的飞机将使用内部温度传感器进行冷接点补偿，我将尽可能靠近终端。

关于接地TC，如果接地电位相同，Rbias是否会将TC输出保持在ADC和PGA的可接受范围内(我使用的是32增益)？ 如果没有，除了使用双极电源，是否有其他方法可将其保持在该范围内！

如果机器接地和ADC接地的潜力不同，如何解决这个问题，我知道这个话题越来越广泛，但是你能给我建议一个解决方案还是推荐一些东西来阅读。

最后，我曾经从事基于FPGA的数字设计，但我也在尝试获得模拟设计。

此致，

Mahmoud先生

您好，Mahmoud：

让我们先讨论RTD电路。  首先，您需要完成电流路径，因此R7 (参考电阻器)需要连接到AGND。  要限制错误，您需要拆下R11和R12 (TC偏置电阻器)，并更改R3和R4的电阻器值。  即使流经R11和R12的电流很小，它们也会增加漂移和泄漏路径。  R3和R4需要较低值的原因是基于IDAC操作合规性的总压降。  IDAC 输出至AVSS的最大压降为AVDD - 0.9V，相当于您电路的2.4V。  您将需要对IDAC输出使用至少500uA设置，这将允许1mA的总电流通过R7产生1.2V参考电压。  您不能使用较低的设置，因为这将无法为最小外部参考电压0.75V提供足够的电流。  最坏的情况下，总压降将是由AIN3提供的IDAC，它将为500uA (R4 + RLEAD1 + RTD1 + 2 (RLEAD3 + R4)，并且此压降将超过2.4V。

我假设2.94k输入电阻器用于限制过压条件的电流，这是输入保护电路的一部分。  我以前对输入保护电路做了一些分析，需要在某个时候写一份应用说明。  原理图中的内容其实很好，但要考虑泄漏的影响。  我在上一篇文章中提到了AIN2和AIN3泄漏的潜在错误。   ADS1220 (ADS1120)数据表中的典型特性图演示了此器件泄漏。  我在输入保护研究中发现，电视 和肖特基二极管的低泄漏设备数量有限。  这些二极管中的许多都可能泄漏到10uA或更高，因此您需要找到低泄漏二极管，它们将在您的电路中工作，以减少泄漏引起的错误量。  您需要计算泄漏引起的误差量，以确定泄漏是否会大于您所需的分辨率。

对于TC的偏置电阻器，这些电阻器的作用是将共模设置为中AVDD电源，并提供一种简单的方法来检测断路，而无需使用烧坏电流源。  负面影响是流经TC的电流会增加一些自热。  您还需要考虑输入电容器相对于TC连接时间的模拟稳定延迟。

如果TC接地至ADC的相同接地电位，则对于单极电源，您必须使用PGA旁路模式，该模式将增益限制为4，以保持ADC的正确输入范围。  在这种情况下，使用ADS1220可以提高分辨率。  如果TC和ADC电位不同，则偏置电阻 器将允许ADC输入的正确共模。

关于TC主题的一般信息，您可以使用您喜爱的搜索引擎。  一些最佳信息来自TC制造商。  TI有一些应用手册，如SBAA134和SBAA189。  您可能还会发现TI设计的TIDA-0.0018万和TIDA-0.0189万有助于显示输入电路和TCS的可能布局。

此致，

Bob B

Bob，您好！

我现在将重点介绍TC，我的计划是使用隔离直流-直流转换器为ADC提供单极电源(3.3V)，

我将使用两个偏置电阻器将共模设置为MID AVDD。

在这种情况下，设计还应与接地和非接地TCS配合使用？

关于TVS二极管，我发现了一个漏电流低的器件，我打算使用它(PTVS30VP1UP)。

此致，

Mahmoud先生

您好，Mahmoud：

隔离电源可能不够，因为如果不隔离，数字通信路径也可能会出现问题。  您可能还需要了解ADS122U04，它与 ADS1220非常相似，但具有用于隔离应用的2线UART接口。

您所讨论的电视二极管似乎是一个合理的选择。

此致，

Bob B

Bob，您好！

感谢你的帮助。

实际上，我忘记提到数字通信路径隔离，我将使用隔离器，因此ADC将不会与UC共享相同的电源。

为了避免ADS1120中的输入电流泄漏，我计划将ADS1118用于2个TC输入， 但是最小的输入范围是+/-256 mV，对于大多数TCS，输入范围不超过+/-128 mV，我不确定在ADC之前添加仪器放大器是否是个好主意？

此致，

Mahmoud Z

Bob，您好！

我希望K TC能达到0.5 或0.25 精度，K的电压输出范围约为(–6.5 至+55) mV，K的全温度范围为(-270至+1370)。

如果我使用的是带有+-256 mV增益设置的ADS1118，我需要获得15位无噪声对话结果才能实现0.5。

我的计算如下，如果我错了，请更正：

TC K总电压输出范围61.5 mV

TC K总温度范围1640

15位的范围是0-3.2767万

仅使用ADC输入范围的1/8 <=>512 mV/ADC mV = 61.5 8.3

因此，ADC对话的使用范围是3.2767万/8=4095。4095。

所用的ADC≈需要覆盖4095/1640 μ1640 μ A 2.5 的整个温度范围

关于在ADS1120前面使用缓冲器，这是否可以消除漏电流？

此致，

Mahmoud先生

您好，Mahmoud：

0.25 C级精度将非常困难，实际上0.5 学位是一个困难的挑战。 您需要考虑所有误差来源，包括偏移，增益，漂移和冷接测量误差。  此外，TC本身也存在准确性错误。  TC错误可能是1.5 deg C或更高。  由于所有这些错误来源，您需要执行某种类型的校准以减少这些错误的影响。

您可能会发现有几种TI设计非常有用。  一个与ADS1118相关，另一个与ADS1220相关。  ADS1220 TI设计提供了大量有关特定错误来源的信息，以及与校准和未校准错误相关的比较。

http://www.ti.com/lit/ug/slau509/slau509.pdf

http://www.ti.com/lit/ug/tidua11a/tidua11a.pdf

我相信最大的挑战之一将是准确测量冷接点温度。  这在很大程度上取决于TC输入与其他热源的热隔离效果，以及传感器测量冷接点的精确度。

此致，

Bob B

Bob，您好！

我使用ADS1118EVM板和外部UC板构建了TC发射器的原型。
我正在使用NIST 10阶多项式将mV转换为C°，C°转换为mV。 我使用ADS1118内部温度传感器来执行CJC。

我想询问系统所需的校准，我认为它可以分为两种主要类型：
1.电路相关校准。
2. TC相关校准。

我查看了tidua11a文档(第10页)以了解错误估计，但我无法确定某些值来自何处。
在随附的屏幕截图中，黄色值是否取自ADS1118数据表？ 我尝试查看数据表上的第6页，但似乎不匹配。

我计划通过切换ADC输入(获取输入的两个读数，一个是正极性，另一个是反极性)，然后对两个读数求平均值来取消偏移和漂移。

您能否建议我在电路中校准还需要什么？

是否需要单独校准每个生产的电路，或者只需校准一个电路，并且结果应适用于具有相同部件的所有其他电路？

最后，关于TC校准，它是否仅采用整个温度范围的几个点并调整这些点的输出？

此致，
Mahmoud先生

您好，Mahmoud：

当您使用与 错误计算相关的ADS1220错误信息时，您需要特别关注ADS1118。  由于设备在参考和PGA方面有所不同，因此信息也会有所不同。  这些设备在位总数方面也有所不同。  ADS1118的许多规范都是以LSB为标准的。

您可能需要查看数据表中的图形，并从图形中推断值。  如果您查看图2中的总误差图，您会发现主要误差是增益误差。  根据经验，我想说增益误差和冷结温度误差将是您与测量系统相关的主要误差。

热电偶有两 个主要问题。  一种是与传感器本身相对温度存在大量误差。  温度精度可轻易改变1.5 °C或更高。  第二个问题是热电偶是非线性设备。  校准时，您希望具有稳定的冷接点(或尽可能稳定)和足够的测量值，以重新创建分段式线性校正因子。

此致，

Bob B

Bob，您好！

很抱歉，我检查的是ADS1118数据表，而tidua11a是关于不同的IC。

对于2个热电偶输入，我更喜欢使用ADS1120而不是ADS1118，但我担心AIN2和AIN3通道中的漏电。

我之所以选择ADS1120，是因为它具有更灵活的增益和多路复用，而且将来还可以用于RTD或负载传感器发射器。

我正在尝试计算由ADS1120 Ain2-Ain3输入电流泄漏引起的错误，如果计算错误，您是否可以更正。

如果输入滤波器使用2.94 K电阻器，则输入电压为2 V，温度为85 C

AIN2上的大约泄漏=-15 nA，AIN3 =-30 nA (ADS1120数据表图15)

压降为：

               Vain2 = IR = 15nA * 2.94K = 44.1 UV

               Vain3 = IR = 30nA * 2.94K = 88.2 UV

LSB (ADS1120)= 2.048 /((2^16)-1)= 31.25 UV

在这种情况下，我在AIN3上丢失3个LSB？

1.我是否需要考虑ADC的输入阻抗？ 还是这些计算足够好？

2.是否可以对泄漏电流使用软件校准？ 因为ADC中有内部温度传感器，所以我可以使用温度读数来增加或降低泄漏电流造成的压降值？

此致，

Mahmoud先生

您好，Mahmoud：

如果您将TC与上拉电阻器偏置，则在TC输入连接处基本上有一个分流器。  如果可以应用外部短路，则可以计算泄漏所产生的偏移量。  尝试校准时，每个设备的行为将有所不同，泄漏影响是非线性温度过高。  可以使用内部温度传感器来帮助纠正偏移和增益漂移错误(我想尝试，但从未尝试过) 但是，由于存在绝对泄漏以及随电压和温度变化而变化的压差泄漏差异，因此泄漏更为困难。

根据您最初的计算，使用2.94k的电阻器时，误差很大。  实际的错误代码数将取决于所应用的增益，因为增益直接与ADS1120的满刻度范围相关。

ADS122U04几乎是一个相同的器件(除了它目前仅作为24位ADC提供)，但它具有UART接口而不是SPI。  已拆下低压侧开关，并进行了一些其他泄漏改进。  这可能是更合适的设备。

此致，

Bob B

Bob，您好！

ADS122U04略高于预算，略高于我所需的精确度。

我正在考虑将ADS1120与Mux一起用于其输入，例如MUX36D04(8至2)，以便我可以将ADC的CH0和CH1用于所有测量，CH2，3将用作电流源。

在这种情况下，我可以连接2个TCS和2个RTD，请找到随附的文档，您能否告诉我您对其原则的意见？

我查看了Mux数据表，它的漏电流非常低，这是好的，但接通电阻可能是一个问题，因为它随输入电压和温度的变化而变化。

如果我使用此Mux，是否可以在测量中实现0.1 % 精度？

此致，

Mahmoud先生

您好，Mahmoud：

MUX36D04是良好的低泄漏多路复用器。  它需要至少 +/-5V双极或10V单极电源。  这必须被视为设计成本的一部分。  我认为更好的可能性是使用ADS114S08，它将提供与 外部mux相同的灵活性，而不会出现mux问题。   外部多路复用器和ADS1120的总成本将与ADS114S08相媲美(ADS114S08 很可能会减少，并且不需要外部多路复用器所需的更高电压源)。  与  ADS1120相比，它的漏电率低得多，并且具有更好的增益和偏移规格以及自偏移校准。  您也无需担心外部多路复用器的额外阻力或沉降。

因此，当您说您希望实现0.1 % 准确性时，您指的究竟是什么？  在温度测量方面，噪音是一个非常大的因素，妨碍了在所测量温度范围内的温度精度。  在总体规格中，ADS114S08将比ADS1120好得多。

此致，

Bob B