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亚德诺新闻
采用RTD的高EMC性能精密温度测量解决方案2
发布时间:2022-03-24        浏览次数:650        返回列表
 

传感器类型

温度范围

误差贡献

峰峰值噪声

铂RTD - PT-10,RSENSE = 1kΩ

– 200 °C到800 °C

±0.1 °C

±0.05 °C

铂RTD - PT-100,RSENSE = 2kΩ

– 200 °C到800 °C

±0.1 °C

±0.05 °C

铂RTD - PT-500,RSENSE = 2kΩ

– 200 °C到800 °C

±0.1 °C

±0.02 °C

铂RTD - PT-1000,RSENSE = 2kΩ

– 200 °C到800 °C

±0.1 °C

±0.01 °C

热敏电阻,RSENSE = 10kΩ

– 40 °C到85 °C

±0.1 °C

±0.01 °C

9.LTC2983对RTD温度测量的误差贡献

373830-fig-10
图10.激励电流旋转配置:(a) 正向激励流,(b) 反向激励流

TVS误差贡献和优化配置

TVS的I-V曲线特性可以从器件的数据手册中找到。然而,大多数TVS制造商仅提供器件参数的典型值,而不是计算TVS在特定电压下的误差贡献(尤其是漏电流误差)所需的全部I-V数据。

本应用中使用Littelfuse SMAJ5.0A TVS。测试一些样品之后,我们发现漏电流在1 V反向电压约为1μA,远小于TVS数据手册给出的最大反向漏电流。这种漏电流会产生重大系统误差。但是,如果使能LTC2983的激励电流旋转,则会大大减少漏电流误差效应。图10显示了激励电流旋转配置和TVS漏电流流动。

当Rsense与流过RTD的激励电流相同时,RTD的电阻RT可以表示为4

 373830-eq-06

当对正向激励流使用激励电流旋转配置时(如图10(a)所示),RTD电阻RRTD1计算如下:

 7-9

其中:

Rsense为检测电阻的实际电阻值

RRTD为测量周期中RTD的实际电阻值

Vsense1为检测电阻处的实测电压值

VRTD1为正向激励流周期中RTD的实测电压值,如图10(a)所示。

RRTD1为正向激励流周期中RTD的计算值

当对反向激励流使用激励电流旋转配置时(如图10(b)所示),RTD电阻RRTD2计算如下:

 10-12

其中:

Vsense2为检测电阻的实测电压值。

VRTD2为反向激励流周期中RTD的实测电压值,如所示图10(b)所示。

RRTD2为反向激励流周期中RTD的计算值

根据TVS测量数据,在2 V反向电压下,最大漏电流和最小漏电流之差平均约为10%。四个TVS的位置和匹配程度可能会引起相当大的系统误差。为了显示误差最大的情况,我们可以假设ITVS为平均漏电流,ITVS1 = ITVS2 = 0.9 × ITVS,而ITVS3 = ITVS4 = 1.1 × ITVS

 13-14

如果不使用激励电流旋转配置,RRTD1或RRTD2将包括最大TVS误差贡献。 或 为误差因子。

使用激励电流旋转配置时,最终计算结果为:

 15-18

当Error(RRTDROT) = min {Error(RRTD1), Error(RRTD2)}时,Error (RRTDROT)将等于Error (RRTD1),或者Error(RRTDROT)将等于Error(RRTD2)。根据公式13至公式18,当Iexc = 6 × ITVS,Error (RRTDROT)将等于min {Error(RRTD1), Error(RRTD2)}。当Iexc = 6 × ITVS时,由于TVS漏电流,系统的精度将会降低16.7%。

根据配置和测试结果,Iexc > 6 × ITVS,因此

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

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

通常,Iexc > 100 × ITVS。图11显示了系统误差,其中:

RRTDROT为采用激励电流旋转时的最终RTD电阻计算结果。

Error(RRTDROT)在使用激励电流旋转配置时的TVS误差贡献,单位为°C。

Error(RRTD1)和Error(RRTD2)是不使用旋转配置时的TVS误差贡献,单位为°C。

上面的推导告诉我们,激励电流旋转配置可以减少TVS漏电流的误差贡献。以下测试结果证实了我们的断言。

图11显示了不同激励电流模式和TVS配置的系统误差。如图所示,当不使用TVS时,旋转和非旋转配置的系统精度大致相同。然而,使能激励电流旋转会自动消除寄生热电偶效应,对此的更详细说明请参阅LTC2983数据手册。使用TVS保护系统时,总系统误差会增加。但是,激励电流旋转配置可以显著降低TVS漏电流的误差影响,从而有助于在大部分温度测量范围内实现与非TVS保护系统类似的精度水平。与没有TVS的系统相比,额外的误差是由TVS器件间差异贡献的。

373830-fig-11 

图11.系统误差与不同硬件和软件配置的关系

 

结论

温度测量系统设计常被认为不是艰巨的任务。然而,对于大多数系统设计人员而言,开发高度且稳健的温度测量系统是一个挑战。LTC2983智能数字温度传感器可以帮助战胜这一挑战,开发出可以快速推向市场的产品。

     这种受保护的LTC2983温度测量系统具有±0.4°C的系统精度。测量误差包括LTC2983误差、TVS/限流电阻误差和PCB误差贡献。

     LTC2983旋转激励电流配置可以显著减少保护器件的漏电流误差效应。

     LTC2983温度测量系统可以在常见保护器件的加持下提供高EMC性能。有关EMI测试结果,请参阅表3。

本文给出了某些特定配置的精度和EMC性能测试结果。您可以选择不同的TVS器件和限流电阻来获得不同的测量精度和EMC性能,以满足您的生产需求。
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