如何利用ADUCM360精密监控热电偶温度

电路功能与优势

本电路显示如何在精密热电偶温度监控应用中使用精 密模拟微控制器ADuCM360/ADuCM361。ADuCM360/ADuCM361集成双通道24位-型模数转换器（ADC）、双通道可编程电流源、12位数模转换器（DAC）、1.2 V内部基准电压源、ARM Cortex-M3内核、126 kB闪存、8 kB SRAM以及各种数字外设，例如UART、定时器、SPI和I2C接口等。

在本电路中，ADuCM360/ADuCM361连接到一个热电偶和一个100 铂电阻温度检测器（RTD）。RTD用于执行冷结补偿。

在源代码中，ADC采样速率选择4 Hz。当ADC输入可编程增益放大器（PGA）的增益配置为32时，ADuCM360/ADuCM361的无噪声代码分辨率大于18位。

图1. ADuCM360/ADuCM361用作温度监控控制器与热电偶接口（原理示意图，未显示所有连接）

电路描述

本应用中用到ADuCM360/ADuCM361的下列特性：

- 在软件中，为热电偶和RTD配置了32倍PGA增益的24位∑-△型ADC。ADC1在热电偶信号采样与RTD电压信号采样之间连续切换。

- 可编程激励电流源，用来驱动受控电流流经RTD。双通道电流源可在0A至2mA范围内配置。本例使用200A设置，以便将RTD自热效应引起的误差降至最小。

- ADuCM360/ADuCM361中的ADC内置1.2V基准电压源。它的内部基准电压源精度高，适合测量热电偶电压。

- ADuCM360/ADuCM361中的ADC内置外部电压基准电压源。它可测量RTD电阻；采用比率式设置，将一个外部基准电阻（RREF）连接在外部VREF+和VREF引脚上。

- 偏置电压发生器（VBIAS）。VBIAS用于将热电偶共模电压设置为AVDD/2。

- ARMCortex-M3内核。功能强大的32位ARM内核集成了126kB闪存和8kBSRAM存储器，用来运行用户代码，可配置并控制ADC，通过RTD处理ADC转换，以及控制UART/USB接口的通信。

- UART用作与PC主机的通信接口。

- 两个外部开关用来强制该器件进入闪存引导模式。使SD处于低电平，同时切换RESET按钮，ADuCM360/ADuCM361便进入引导模式，而不是正常的用户模式。在引导模式下，通过UART接口可以对内部闪存重新编程。

热电偶和RTD产生的信号均非常小，因此需要使用PGA来放大这些信号。

本应用使用的热电偶为T（铜-康铜）型，其温度范围为−200°C至+350°C。灵敏度约为40V/°C，这意味着ADC在双极性模式和32倍PGA增益设置下可以覆盖热电偶的整个温度范围。

RTD用于执行冷结补偿。本电路使用铂100ΩRTD，型号为Enercorp PCS 1.1503.1。它采用0805表贴封装。温度变化率为0.385Ω/°C。

注意，基准电阻RREF应为精密5.6kΩ （±0.1%）电阻。

ADuCM360/ADuCM361的USB接口通过FT232R UART转USB收发器实现，它将USB信号直接转换为UART。

除图1所示的去耦外，USB电缆本身还须采用铁氧体磁珠来增强EMI/RFI保护功能。本电路所用铁氧体磁珠为Taiyo Yuden #BK2125HS102-T，它在100 MHz时的阻抗为1000Ω。

本电路必须构建在具有较大面积接地层的多层印刷电路板（PCB）上。为实现最佳性能，应采用适当的布局、接地和去耦技术。

评估该电路所用的PCB如图2所示。

图2. 本电路所用的EVAL-ADuCM360TCZ板