24位模数转换芯片ADC在热电偶测温中的应用

只看该作者 · 2022-6-16 11:02

在热电偶应用中，信号处理电路需要处理非常微弱的电压信号，以常用的K型热电偶为例，当测量-270℃温度时对应输出电压-6.458mV，测量1372℃温度时对应输出电压54.886mV，整个测量范围内温度每变化1℃，输出电压变化40uV。

由于热电偶输出电压信号微弱，信号处理电路一般需要较大的增益，同时由于引线较长，往往会在信号上叠加较大的共模干扰噪声。因此信号采集处理的时候就需要在提取并放大差分信号的同时，尽量抑制共模噪声对被测差分信号的影响。

传统的处理方法是，采用差分放大电路或者仪表放大器来处理热电偶输出信号，利用电路的高CMRR提取差分信号并滤除共模噪声，然后再放大到合适的输入范围进行10-12bit的AD采样，其存在的缺点是价格不菲，同时对工程师的模拟电路设计能力及调试能力有相当高的要求。

另一种可选的办法是，选用差分输入的24bit ADC对信号进行直接采样，由于差分ADC的测量信号为Vp-Vn，天然具有差分信号的提取能力及共模噪声抑制作用，同时可以大大简化模拟电路的设计，对工程师十分友好。

这里提到芯炽的低功耗、低噪声、完整模拟前端SC3794(完全兼容ADI的AD7793)，芯片内置一个低噪声24位Σ-Δ型ADC，其中含有3个差分模拟输入，还集成了片内低噪声仪表放大器，因而可直接输入小信号。当增益设置为64、更新速率为4.17Hz时，均方根（RMS）噪声为53nV。器件内置一个精密低噪声、低漂移内部带隙基准电压源，而且也可采用一个外部差分基准电压。其它片内特性包括可编程激励电流源、熔断电流控制和偏置电压产生器。利用偏置电压产生器可将某一通道的共模电压设置为AVDD/2。

SC3794典型功耗仅355μA，因而适合低功耗应用，例如整个发送器的功耗必须低于4mA的智能发送器等。SC3794还具有关断选项。在这种模式下，整个ADC及其辅助功能均关断，器件的最大功耗降至1μA。

SC3794提供一种集成式热电偶解决方案，可以直接与热电偶接口。冷结补偿由一个热敏电阻和一个精密电阻提供。该电路只需要这些外部元件来执行冷结测量，以及一些简单的R-C滤波器来满足电磁兼容性(EMC)要求，大大简化了热电偶系统设计。