基于VI转换芯片LTS117的温度变送器方案分享

只看该作者 · 2025-2-8 16:05

一、前言

温度变送器的工作原理基于热电效应和温度传感器的特性，常见的温度传感器包括热电偶、热阻（RTD）和热敏电阻，这些传感器能够检测温度变化并生成相应的电信号。变送器则将这些信号转换为标准信号（如 4-20 mA 或 0-10 V），以便于后续的处理和分析。此外4-20 mA传送作为一种成熟的信号传输方式，其高抗干扰性、故障检测能力、易于布线和广泛的行业适应性，使其在工业自动化及过程控制中得到了广泛应用。下面为大家带来先积集成的一款芯片—LTS117，以此芯片的信号变送应用为例，讲解温度传感器的变送。

二、电路设计

温度变送电路包括三部分，即信号采集（恒流源采集热敏电阻电压）、数字处理（将模拟电压通过MUC数字处理转化为PWM）、信号变送（将PWM信号转化为模拟电压，通过LTS117线性转换为4—20mA电流变送输出）

1.信号采集（恒流源采集铂电阻PT100/PT1000两端的电压）

采用基准电源+高性能运放（LTC8552XV8/R6）方案等到两路对称的恒流源，其电流大小为：I = ≈ 208uA，通过IOUT1和IOUT2输出到传感器模块进行信号采集。

通常J3与J4会引出外接串联一个铂电阻温度探头（PT100/PT1000），用于检测外界温度变化，从而引起J3与J4之间串联的铂电阻阻值变化，通过IOUT1和IOUT2两路恒流源差分采集铂电阻两端电压，通过AIN1_P和AIN_N输出给MUC进行处理，R4的作用为抬升采集电压实现精确采集。

2. 数字处理（将模拟电压通过MUC数字处理转化为PWM）

将铂电阻两端压降通过AIN1_P和AIN2_N端口输入MCU进行数字处理，线性转化为PWM信号输出，并且进行非线性校正，同时所采集到的温度数据和电流数据可以通过串口传输到PC端（这里通过串口实时反馈数据，我们可以和后面测试环节的数据进行校准，看看是否存在出入）。

串口通信电路，采用USB转串口对MCU通信，对采集到温度数据和最终变送的电流数据进行监测。

3. 信号变送（将PWM信号转化为模拟电压，通过LTS117线性变送为4—20mA电流变送输出）

上半部分DCDC降压模块，将输入9-30V电压转化为3.0V给MCU供电，再通过LDO降压至2.8V给模拟电路供电，MCU输出的PWM经过反相器反向（修证方向的同时，引来自LTS117的2.5V基准）通过二阶RC滤波电路将PWM方波转化为直流电平（根据PWM波的频率采用合适的阻值和容值，f=1/(2π×RC)），其中直流电压大小为：VPWM= REF_2V5×Duty(PWM的占空比)输入给LS117线性输出4-20mA用于工业变送或传感器信号变送。相比于传统运放方案来实现V/I转换，LTS117可以做到，小体积、高集成度、低成本、高性能（输出电流误差：< 0.05% 、输出电流线性度误差 <0.1%）和高可靠性，同时支持2.5V基准输出。

LTS117:是一个两线制V/I转换器，主要用来匹配运放方案实现的V/I电路，SOIC-8的封装体积，以及小体积版本的MSOP-8封装，较运放方案具有极大的成本及面积优势。输出电流由IIN决定,公式： IOUT = 100×IIN。满足一些用户对于4-20mA的低成本、高性能的要求。此外，LTS117还支持2.5V/4.096V基准输出.

4. PCB+3D图