温度传感器温度测量系统对ADC的要求

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热敏电阻器 热敏电阻器的电阻也随着温度的变化而变化，但是其精度 不如电阻温度探测器。热敏电阻通常使用单电流电源。同 使用电阻温度探测器一样，一个精密电阻器用于基准电压 源，一个电流源驱动该精密基准电阻器和热敏电阻器，这 意味着可以实现一种比率配置。这也说明电流源的精度并 不重要，因为电流源温漂既影响热敏电阻器，同时也影响 基准电阻器，因此抵消了漂移影响。在热电偶应用中，通 常利用热敏电阻器进行冷接点补偿。热敏电阻器的标称电 阻值通常为1000Ω或更高。
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热电偶
热电偶由两种不同类型的金属组成。当温度高于零摄 氏度时，在两种金属的连接处会产生温差电压，电压 大小取决于温度相对于零摄氏度的偏差。热电偶具有 体积小、工作温度范围宽等优点，非常适合恶劣环境 中的极高温度(高达2300℃)测量。但是，热电偶的输 出为mV级，因此需要经过精密放大才能作进一步处理 。不同类型热电偶的灵敏度也不一样，一般仅为每摄 氏度几mV，因此需要高分辨率、低噪声ADC。
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电阻温度探测器 电阻温度探测器的电阻随着温度变化而变化。电阻温度探 测器的常用材料是镍、铜、铂，其中电阻在100Ω ~1000Ω 之间的铂电阻温度探测器是最常见的。电阻温度探测器适 用于在-200℃~+800℃的整个温度范围内具有接近线性响 应的温度测量。一只电阻温度探测器包括3根或4根导线。
温度传感器温度测量系统对ADC的要求
为具体应用选择适当的温度传感器取决于待测温度范围和 所需的精度。系统精度取决于温度传感器的精度和对传感 器的输出数字化的模数转换器(ADC)的性能。多数情况下 ，由于传感器信号非常微弱，因此需要高分辨率ADC。 ΣΔADC具有高分辨率，并且这种ADC通常包含温度测量 系统所需的内置电路，例如激励电流源。本文主要介绍可 以利用的温度传感器[热电偶、电阻温度检测器(RTD)、热 敏电阻器与热敏二极管]和连接传感器与ADC所需的电路 ，以及对ADC的性能要求。
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对ADC的要求 温度测量系统通常是低速(每秒采样最多100次)的，因此 窄带ADC比较适合；但是，ADC必须具有高分辨率。窄带 与高分辨率的要求，使得ΣΔADC成为这种应用的理想选 择。在这种结构下，开关电容器前端模拟输入连续采样， 采样频率明显高于有用带宽。
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图1给出利用3通道、16/24位AD7792/AD7793ΣΔADC的 热电偶系统。其片内仪表放大器首先对热电偶电压进行放 大，然后通过ADC对放 大的电压信号进行模数转换。热电偶产生的电压偏置在地 电平附近。片内激励电压源将其偏置到放大器线性范围以 内，因此系统能够利用单电源工作。这种低噪声、低漂移 、片内带隙基准电压源，能够确保模数转换的精度，从而 保证整个温度测量系统的精度。
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热敏二极管 也可以用热敏二极管进行温度测量：通过测量二极管（ 一般为晶体管的基极到发射极）的电压计算温度。采用 两种不同的电流分别通过热敏二极管，测量在两种情况 下从基极到发射极的电压。由于知道电流的比率，因此 可以通过测量从基极到发射极电压在两种不同电流情况 下的差，从而准确计算温度。例如，我们将 AD7792/AD7793的激励电流源设置为10mA与210mA(也 可以选择其它值)。首先，让210mA的激励电流通过二极 管，利用ADC测量从基极到发射极的电压。然后，利用 10mA激励电流重复上述测量。这意味着电流降低到原来 的1/21。在测量中电流绝对值并不重要，但是要求电流 比率固定。
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对ADC的要求 温度测量系统通常是低速(每秒采样最多100次)的，因此 窄带ADC比较适合；但是，ADC必须具有高分辨率。窄带 与高分辨率的要求，使得ΣΔADC成为这种应用的理想选 择。在这种结构下，开关电容器前端模拟输入连续采样， 采样频率明显高于有用带宽。
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调节器后面的数字滤波器对调节器输出进行采样，给出有 效的数据转换结果。该滤波器还能滤除带外噪声。数字滤 波器图像频率会出现在主时钟频率的多倍频处，因此，利 用ΣΔ结构意味着所需的唯一外部元件是一个简单的RC滤 波器，用于消除主时钟频率倍频处的数字滤波器镜像频率 。ΣΔ结构使24位ADC具有20.5字节的峰峰分辨率(稳定或 无闪烁的字节)。