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亞德諾半導體(中國)有限公司

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亞德諾新聞
采用RTD的高EMC性能精密溫度測量解決方案2
發布時間:2022-03-24        瀏覽次數:948        返回列表
 

傳感器類型

溫度范圍

誤差貢獻

峰峰值噪聲

鉑RTD - PT-10,RSENSE = 1kΩ

– 200 °C到800 °C

±0.1 °C

±0.05 °C

鉑RTD - PT-100,RSENSE = 2kΩ

– 200 °C到800 °C

±0.1 °C

±0.05 °C

鉑RTD - PT-500,RSENSE = 2kΩ

– 200 °C到800 °C

±0.1 °C

±0.02 °C

鉑RTD - PT-1000,RSENSE = 2kΩ

– 200 °C到800 °C

±0.1 °C

±0.01 °C

熱敏電阻,RSENSE = 10kΩ

– 40 °C到85 °C

±0.1 °C

±0.01 °C

9.LTC2983對RTD溫度測量的誤差貢獻

373830-fig-10
圖10.激勵電流旋轉配置:(a) 正向激勵流,(b) 反向激勵流

TVS誤差貢獻和優化配置

TVS的I-V曲線特性可以從器件的數據手冊中找到。然而,大多數TVS制造商僅提供器件參數的典型值,而不是計算TVS在特定電壓下的誤差貢獻(尤其是漏電流誤差)所需的全部I-V數據。

本應用中使用Littelfuse SMAJ5.0A TVS。測試一些樣品之后,我們發現漏電流在1 V反向電壓約為1μA,遠小于TVS數據手冊給出的最大反向漏電流。這種漏電流會產生重大系統誤差。但是,如果使能LTC2983的激勵電流旋轉,則會大大減少漏電流誤差效應。圖10顯示了激勵電流旋轉配置和TVS漏電流流動。

當Rsense與流過RTD的激勵電流相同時,RTD的電阻RT可以表示為4

 373830-eq-06

當對正向激勵流使用激勵電流旋轉配置時(如圖10(a)所示),RTD電阻RRTD1計算如下:

 7-9

其中:

Rsense為檢測電阻的實際電阻值

RRTD為測量周期中RTD的實際電阻值

Vsense1為檢測電阻處的實測電壓值

VRTD1為正向激勵流周期中RTD的實測電壓值,如圖10(a)所示。

RRTD1為正向激勵流周期中RTD的計算值

當對反向激勵流使用激勵電流旋轉配置時(如圖10(b)所示),RTD電阻RRTD2計算如下:

 10-12

其中:

Vsense2為檢測電阻的實測電壓值。

VRTD2為反向激勵流周期中RTD的實測電壓值,如所示圖10(b)所示。

RRTD2為反向激勵流周期中RTD的計算值

根據TVS測量數據,在2 V反向電壓下,最大漏電流和最小漏電流之差平均約為10%。四個TVS的位置和匹配程度可能會引起相當大的系統誤差。為了顯示誤差最大的情況,我們可以假設ITVS為平均漏電流,ITVS1 = ITVS2 = 0.9 × ITVS,而ITVS3 = ITVS4 = 1.1 × ITVS。

 13-14

如果不使用激勵電流旋轉配置,RRTD1或RRTD2將包括最大TVS誤差貢獻。 或 為誤差因子。

使用激勵電流旋轉配置時,最終計算結果為:

 15-18

當Error(RRTDROT) = min {Error(RRTD1), Error(RRTD2)}時,Error (RRTDROT)將等于Error (RRTD1),或者Error(RRTDROT)將等于Error(RRTD2)。根據公式13至公式18,當Iexc = 6 × ITVS,Error (RRTDROT)將等于min {Error(RRTD1), Error(RRTD2)}。當Iexc = 6 × ITVS時,由于TVS漏電流,系統的精度將會降低16.7%。

根據配置和測試結果,Iexc > 6 × ITVS,因此

Error(RRTDROT) < min{Error(RRTD1), Error(RRTD2)}

Error(RRTDROT) < min{Error(RRTD1), Error(RRTD2)}

通常,Iexc > 100 × ITVS。圖11顯示了系統誤差,其中:

RRTDROT為采用激勵電流旋轉時的最終RTD電阻計算結果。

Error(RRTDROT)在使用激勵電流旋轉配置時的TVS誤差貢獻,單位為°C。

Error(RRTD1)和Error(RRTD2)是不使用旋轉配置時的TVS誤差貢獻,單位為°C。

上面的推導告訴我們,激勵電流旋轉配置可以減少TVS漏電流的誤差貢獻。以下測試結果證實了我們的斷言。

圖11顯示了不同激勵電流模式和TVS配置的系統誤差。如圖所示,當不使用TVS時,旋轉和非旋轉配置的系統精度大致相同。然而,使能激勵電流旋轉會自動消除寄生熱電偶效應,對此的更詳細說明請參閱LTC2983數據手冊。使用TVS保護系統時,總系統誤差會增加。但是,激勵電流旋轉配置可以顯著降低TVS漏電流的誤差影響,從而有助于在大部分溫度測量范圍內實現與非TVS保護系統類似的精度水平。與沒有TVS的系統相比,額外的誤差是由TVS器件間差異貢獻的。

373830-fig-11 

圖11.系統誤差與不同硬件和軟件配置的關系

 

結論

溫度測量系統設計常被認為不是艱巨的任務。然而,對于大多數系統設計人員而言,開發高度且穩健的溫度測量系統是一個挑戰。LTC2983智能數字溫度傳感器可以幫助戰勝這一挑戰,開發出可以快速推向市場的產品。

?     這種受保護的LTC2983溫度測量系統具有±0.4°C的系統精度。測量誤差包括LTC2983誤差、TVS/限流電阻誤差和PCB誤差貢獻。

?     LTC2983旋轉激勵電流配置可以顯著減少保護器件的漏電流誤差效應。

?     LTC2983溫度測量系統可以在常見保護器件的加持下提供高EMC性能。有關EMI測試結果,請參閱表3。

本文給出了某些特定配置的精度和EMC性能測試結果。您可以選擇不同的TVS器件和限流電阻來獲得不同的測量精度和EMC性能,以滿足您的生產需求。
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