COLLIN WELLS，TI精密线性产品负责组应用工程师

RYAN ANDREWS，TI精密Δ-Σ型ADC负责组应用工程师

这篇文章提供了对范例式集成比例型三线RTD测量系统的分析，以便了解误差的来源，包括励磁电流失配产生的影响。

集成式RTD测量电路

典型的集成式RTD测量解决方案包括励磁电流、增益级、模数转换器（ADC）和其它有用的功能，如开路传感器检测功能。与分立式系统相比，这些解决方案不仅可以大大简化设计，同时还能实现高准确度。

具有24位Δ-Σ型ADC是整合了好几种功能，以方便温度测量应用的设计，ADC现代集成式解决方案的一个例子是ADS1220。在这种集成式解决方案中，用来控制励磁电流的是电流输出数模转换器（DAC），也被称为集成式DAC（IDAC）。为使IDAC到电阻式温度检测器RTD电路的布线更容易，该解决方案还包括一个多路复用器。最后，用可编程增益放大器（PGA）来提高RTD系统的电压分辨率。图1展示了使用集成式ADC解决方案的简化电路原理图。

明确规定增益误差要用满量程范围的百分率（也称为％FSR）表示。可通过方程式（2）增益误差乘以RTD输入电压最大值来计算出输入相关电压误差。

明确规定INL要用ADC满量程范围的百万分率（ppm）表示。INL不是增益误差。因此，必须让它乘以ADC的满量程输入电压，而不是RTD电压最大值。用方程式（3）可计算出该配置中的满量程输入，用方程式（4）则可计算出输入相关INL误差。

明确规定IDAC失配要用％FSR表示。因此，可计算增益误差及产生的输入相关电压误差。这在下面的方程式（5）和方程式（6）中进行了展示。

来自RREF公差的误差

最后一个重要的误差源是RREF的公差，它会在ADC传递函数中产生增益误差。凭借用来计算IDAC失配增益误差的相同方法也可计算出RREF引起的增益误差。方程式（7）展示了最终结果。

假设RREF公差被明确规定为0.05％，那么按方程式（8）所示可计算出增益误差。用方程式（9）则可计算出输入相关误差。

在室温（TA = 25°C）下的总误差

表4列出了这个比例型三线RTD系统在环境温度（TA）为25°C时所有误差的汇总。使用输入相关误差电压的平方和根值（RSS）可计算出最大或然误差。IDAC失配在总或然误差中所占比例大约为95％。

用方程式（10）可计算出总误差。

总漂移误差主要是因IDAC失配漂移引起的；在-40°C至85°C的系统工作温度范围内，总漂移误差还会另外产生±0.306℃的温度误差。

总结

在这部分，我们基于ADC的技术规格和外部组件分析了范例式比例型三线RTD测量系统的误差。虽然比例型系统可从IDAC源的绝对值中消除误差，但IDAC之间的任何失配和失配漂移均能产生误差。在许多情况下，IDAC失配都是最大的误差源。此外，IDAC失配漂移还是过温误差的最大促成因素。

之后我们将讨论各种选项，以减少或消除由IDAC失配和失配漂移引起的误差，只留下来自ADC的增益误差、偏移电压和INL误差。

参考文献

1. 下载这些产品说明书：ADS1200和ADS1247

2. TI参考设计：TIPD120

3. 查看TI E2E社区的Precision Hub博客，在那里您可搜索相关主题。