[参考译文] 正在寻找8/10/16通道热电偶数字转换器

您好、Lakshminarayana、

感谢您满足您的要求、并关注我们用于热电偶测量的 ADC 解决方案。 我们实际上拥有广泛的 ADC 产品系列、这些产品专为 RTD、热电偶和热敏电阻等温度测量应用而设计。

考虑到您要测量的热电偶数量、我可能会从 ADS124S08开始。 该器件可测量多达6个热电偶。 您当然可以通过添加外部多路复用器来测量更多。

您可能会发现我们今年发布的以下应用手册很有价值：
热电偶测量基本指南

此致、

您好 Joachim Würker、

感谢您的快速回复。

从 ADS124S08的数据表中可以看出、它支持多达12个通道是否表示可以连接12个热电偶？

我看不到它支持哪种类型的热电偶(K/J/Other)的任何规格。

谢谢。

您好、Lakshminarayana、

除非您将所有热电偶的一端连接到同一电位、否则每个热电偶将需要一个差分模拟输入对。 这就是为什么我说 ADS124S08最多可支持6个热电偶的原因。

如果您的应用允许将所有热电偶的一端连接到同一电位、那么您最多可以测量12个热电偶。 例如、在这种情况下、常见的热电偶引线将连接到 AINCOM。 然后、其他模拟输入将针对该 AINCOM 输入进行差分测量、以读取相应热电偶产生的电压。

我们的 ADC 可用于任何热电偶类型。
请记住、我们的 ADC 未集成任何执行线性化和冷端补偿计算的算法。 这将必须在您的处理器中实现。

此致、

您好！

之前我使用过该 MAX6675、它执行冷端补偿计算。 但我不知道如何实现这些、甚至不知道线性化。

请指导我使用  ADS124S08的一些示例、了解如何完成该操作。

还有其他 IC、包括线性化和 冷端补偿计算、并支持多通道？

有何差异

*如果我将所有热电偶的冷线一端连接到 AINCOM，另一端连接到 AIN？ 和  

*如果我为每个热电偶使用单独的 AIN (例如一端连接 AIN1、另一端连接 AIN2)？

谢谢。

您好、Lakshminarayana、

我明白了。 我刚刚查看了 MAX6675的数据表。 它看起来确实实现了冷端补偿算法、但似乎只实现了热电偶输出的直线近似。 由于该器件仅提供12位性能、因此它们可能无法使用多项式或查找表实施适当的线性化算法。

如果您在网络中搜索、您将找到许多材料、这些材料解释了如何精确测量热电偶。
也许您从我之前提到的应用手册开始： 《热电偶测量基本指南》

下面是一个我认为很有用的示例、其中显示了如何实现该算法：

如果您不需要比 MAX6675提供的精度更高的精度、那么您可以使用简单的直线近似法替换所有多项式计算、如 MAX6675所示。

以下是我们在 TI 使用 ADS1220测量热电偶时构建的参考设计列表：

• http://www.ti.com/tool/TIDA-00189
• http://www.ti.com/tool/TIDA-00168
• http://www.ti.com/tool/TIDA-00650
• http://www.ti.com/tool/TIDA-00018

遗憾的是、到目前为止、我们的产品系列中没有任何解决方案集成了线性化和冷端补偿算法并支持多个热电偶。

我要说的主要区别是、在将系统中的不同热电偶连接在一起时、您一定不能有任何共模电压差异。

此致、

大家好、感谢您的参考资料。

-是否有任何具有 集成线性化和冷端补偿算法的单通道热电偶。

-您能不能请参阅使用多路复用器和单/双通道热电偶数字转换器 IC 的多通道热电偶的一些示例？

您好、Lakshminarayana、

遗憾的是、我们没有任何集成线性化和冷端补偿算法的单通道、双通道或多通道器件。
但是、我们正在为一些将包含这些算法的 ADC 制定相应的示例代码。 但是、我们需要几个月的时间才能在线完成。

这些算法的实现并不那么复杂。 尤其是如果您像 MAX6675那样使用直线近似、这会使事情变得非常简单。
如果您已经阅读了一些文献、我们可以共同努力、共同提出合适的解决方案。

如果您对 MAX6675的性能满意、那么我们不需要使用24位 ADC。 我们可以改用 ADS114S08 (16位)。
您还必须决定如何以及在何处测量冷端温度。 有许多选项：热敏电阻、双线 RTD、模拟输出温度传感器 IC、数字输出温度传感器 IC 等
由于您要测量如此多的热电偶、您可能需要在多个点测量冷端温度、因为您的热块/冷端可能会有一些温度梯度。

此致、

好的。

由于这是我第一次设计热电偶、我不太了解算法和实施方法。

但我想谈谈这些算法。

我对这些算法有几个问题：*这些基于硬件还是基于软件？

在我的应用中、我主要需要使用热电偶(K J 型)来测量加热器的温度、并基于控制 O/PS 的温度。

我遇到了这款 MAX31856 IC、它具有集成算法和19位 ADC、还提供了一些参考设计：

我想听取你对此的意见。

我期待使用 TI IC 进行设计、并了解有关这些算法的更多信息。

谢谢。
Lakshminarayana K N.

您好、Lakshminarayana、

我了解 Maxim 和 Microchip 的 TC 到数字转换器。 我认为、对于不想花时间开发软件算法的客户而言、它们是有趣的解决方案。 它们是或多或少的即插即用解决方案。 然而、它们在灵活性方面受到限制(例如、只能测量一个 RTD、必须使用内部温度传感器进行冷端补偿)、并且在可实现的精度和分辨率方面也受到限制。

仅从硬件特性来看、我们的 ADS1120 (16位)和 ADS1220 (24位)与这些器件非常相似、但提供了额外的灵活性。 一旦我们在 TI.com 上发布了这些器件的算法作为示例代码、我们的解决方案有望像那些竞争对手的解决方案一样易于用于热电偶测量。

这些算法在 MCU 的软件中实现。 这些只是基于热电偶电压和冷端温度测量的一些计算。

在硬件方面、您应首先考虑以下事项：

• 如何偏置热电偶、以便差分输出信号处于我们 ADC 中集成的 PGA 的输入电压范围内。
  如果将所有热电偶的一侧连接到同一电位、则可以利用 ADS114S08上的 REFOUT 引脚将热电偶偏置到2.5V。
• 您是否需要对各个热电偶进行任何开路检测？
  开路检测可通过多种方式实现。
• 您希望如何测量冷端温度？
  如前所述、有多种温度传感器选项可用。 我无法告诉您哪一个最适合您。 最简单的方法可能是使用我们的模拟或数字输出温度传感器之一。
  考虑到需要测量的热电偶数量、您可能需要在多个点测量冷端温度。

以下是该算法的高级外观：

1. 配置 ADC 以测量热电偶的差分输出电压。
2. 读取一个或多个读数。
3. 将 ADC 代码转换为相应的电压 V_TC。
   使用 ADS114S08时、转换结果为：
   V_TC =(代码/2^15) x (VREF/增益)
   其中 VREF = 2.5V、增益是 PGA 的增益设置。
   增益设置将取决于您要使用热电偶测量的温度范围。
   注意：您可能需要实施额外的偏移和增益校准。
4. 如果将热敏电阻、双线 RTD 或模拟输出温度传感器连接到 ADC 以测量冷端温度、则配置 ADC 以进行相应的测量。
5. 读取一个或多个读数。
6. 将测量的 ADC 代码转换为相应的温度 T_CJ。
   转换的外观在很大程度上取决于所使用的温度传感器。
   使用热敏电阻或 RTD、您可能需要实施一些线性化算法、具体取决于您想要实现的精度。
7. 使用 NIST 提供的表格或公式、将测得的冷端温度 T_CJ 转换为等效热电电压 V_CJ。
   这是表查找或多项式计算。 表查找通常不会增加数学密集度。
8. 添加 V_TC 和 V_CJ、并使用 NIST 表或公式将总和转换回热电偶温度。
   这也是表查找或多项式计算。
   结果是热电偶的线性化和冷端补偿温度读数。

如果您不需要最高的精度、那么您可能只需使用直线近似就可以了、就像在 Maxim 器件中所做的那样。 这将使整个算法非常简单。

此致、

您好 Joachim Würker、

感谢您的回复。

在 ADS1220上何时可以使用这些算法。

 不能将 ADS1220的内部精密温度传感器用于冷端补偿？

"您是否需要对单个热电偶进行任何开路检测？" ：我可以使用基于多路复用器的解决方案，而不是本示例中的多通道 IC。

TI 是否提供多路复用器？

"如前所述、有多种温度传感器选项可用。 我无法告诉您哪一个最适合您。 最简单的方法可能是使用我们的模拟或数字输出温度传感器之一。" ：您是要使用外部模拟/数字温度传感器进行补偿吗？

您好、Lakshminarayana、

很遗憾、我目前无法为此项目提供任何时间线(ADS1220的示例代码)。 这可能需要几周/几个月的时间。

但是、我之前提到的其中一个参考设计()似乎提供了一些固件示例代码(TIDA-00168固件)。
此设计专为 K 型热电偶测量而开发、展示了如何将外部 RTD 或 ADS1220内部温度传感器用于冷端温度测量。 我没有查看过设计和固件、因此不知道有关它的更多详细信息。 但我认为值得研究。

将 ADS1220内部温度传感器用于多通道热电偶测量系统的挑战在于、您可能无法将 ADC 放置在足够靠近热电偶连接器的位置、即热块/冷端。 因此、ADS1220内部测量的温度可能与实际冷端温度不同几°C。 此温度差异将直接影响热电偶温度测量的精度。
如果您可以确保冷端和 ADC 之间具有良好的热连接、则没有任何东西可以反对使用 ADS1220内部温度传感器。 但我可以将其视为一项挑战。
否则、最好使用外部温度传感器并将其放置在尽可能靠近热电偶连接器的位置。

TI 提供广泛的多路复用器产品系列。 不幸的是、我不是 MUX 专家。 多路复用器的要求不应太苛刻。 在这种情况下、您不需要最低的 R_on。 我经常推荐 CD405x 系列、但我知道我们的产品系列中现在有更新、更好的多路复用器。

此致、

您好 Joachim Würker、

是的、我同意热电偶的精度会有所不同、因为我将多路复用器保持在冷端和 ADC 之间。

但 ADC 的内部温度传感器将测量周围/环境温度？(如果 AM 不正确、该温度将与冷端温度几乎相同)。

我将介绍设计、感谢您的参考。

我对使用外部温度传感器监测冷端温度有疑问。 如果是、我们必须遵循冷端补偿和线性化算法、对吧？ 在读取实际温度时、是否不会有几秒钟(精确的毫秒)的延迟？

是的、使用多通道热电偶时的精度似乎是一项挑战。 除了将外部温度传感器放置在冷端附近之外、用户还能获得更高的精度？(这是为每个热电偶使用单独的 ADC 的唯一方法吗？)。

我想知道你对此的看法。

再次感谢您参考多路复用器。

此致、

Lakshminarayana K N.

您好、Lakshminarayana、

ADS1220的内部温度传感器测量内部芯片温度。 如果封装与 PCB 之间具有良好的热连接、则裸片温度将非常密切地跟踪环境温度。

您会感到惊讶、但根据您的 PCB 布局和元件的放置、冷端温度与 ADS1220所处位置之间很容易存在几°C 的差异。 ADS1220越接近冷端测量点、就越好。 这还假设 ADS1220与冷端测量点之间具有良好的热连接。 因此、良好的热布局至关重要。

为了实现精确的热电偶测量、您始终必须实施线性化和冷端补偿算法。 这与您测量冷端温度的方式无关。

为了澄清一点、我不关心热电偶和冷端测量之间的时间差。 幸运的是、温度不会如此快速地变化。 因此、同时测量热电偶和冷端温度通常并不重要。 我更关心冷端与 PCB 上环境温度测量点之间的距离。
大多数客户所做的是获取热电偶的多个读数、然后每次读取、然后读取冷端温度。 如果您测量多个热电偶、您可以从每个热电偶读取一个读数、然后读取冷端温度的一个读数。

如果您的精度要求不是很高、那么使用 ADS1220的内部温度传感器在单点测量冷端温度可能就足够了。
如果您要实现最佳的温度测量精度、则建议至少使用两个外部温度传感器并将其放置在热块的任一端。 如果您需要将16个热电偶连接到 PCB、我可以想象热块非常宽。 在两个温度传感器的帮助下、您将能够确定热块上是否有任何温度梯度。 例如、热块的一侧比另一侧高几°C。 通过使用线性插值、您可以计算每个热电偶连接点的近似温度。 这是非常先进和高端的东西。 我不确定您是否需要达到这一极限。

此致、

你好 、Joachim Wuerker、

我不担心使用外部传感器进行冷端温度测量时的延时 、我只是想知道是否会有以秒为单位的延时。

"我更担心冷端与 PCB 上环境温度测量点之间的距离。"： 在布局方面、我的想法是将多路复用器保持在 PCB 的底层、以便我可以将 ADC (ADS1120/Other)保持在热电偶冷端附近。

对此有任何意见吗？

谢谢、此致、

Lakshminarayana。

您好、Lakshminarayana、

测量之间的时间延迟取决于您为 ADC 选择的数据速率。 使用 ADS1120、当使用最快的数据速率时、您可以在~0.52ms 内读取一个通道。 这意味着、您原则上可以在~1.04ms 内测量一个热电偶和一个温度传感器以进行冷端补偿。

将多路复用器置于底部绝对是一个选项、您可以尝试使布局更紧凑并将 ADC 移至更靠近冷端的位置。

此致、

好的、谢谢。

完成布局后、我可以将其发送给审核吗？

谢谢。

Lakshminarayana。

是的、当然是 Lakshminarayana。

此致、

谢谢你。

您好、Lakshminarayana、

在进入布局之前、查看原理图实际上可能是一个好主意。

此致、

当然。

谢谢你。

您是否建议通过 RS-485读取这些值？

谢谢。

您好、Lakshminarayana、

您是不是要直接通过 RS-485与 ADC 进行通信？
恐怕这是不可能的。 您将需要一个通过 SPI 连接到 ADC 的 MCU 来与 ADS1120通信。

我们提供了使用 UART 接口的 ADS112U04 (16位)和 ADS122U04 (24位)。 这些 ADC 与 ADS1120和 ADS1220非常相似、原则上可以直接连接到 PC 的串行端口。

此致、

不是、我不是说直接从 ADC 读取。 是的、我需要一个微控制器将数字值转换为温度并通过 RS-485馈送至 PLC。

是否有参考设计示例？

谢谢。

好的。