采用 LTC2983 测量 18 个两线式 RTD

引言

单个 LTC2983 温度测量器件能支持多达 18 个两线式 RTD 探头 (如图 1 所示)。每个 RTD 测量包含同时检测由于电流 IS 而在 RSENSE 和 RTD 探头 RTDx 两端所产生的两个电压。对每个电压进行差分检测，而且鉴于 LTC2983 拥有高共模抑制比，因此堆栈中 RTD 的数量并不会对个别测量产生不利影响。

图 1：LTC2983 可支持 18 个 RTD 传感器

RTD 探头的选择取决于系统准确度和灵敏度要求。例如，假设使用的是两线式探头，则可以证明在存在配线寄生电阻的情况下 PT-1000 更加坚固。

一旦选定了 RTD，则应选择合适的 IS 和 RSENSE 以使电阻器堆栈顶端的电压 (CH1 输入端上的 V) 在系统的整个工作温度范围内不超过 LTC2983 的输入共模限值。该要求表达为：

考虑图 1 所示的系统并假设下面限制条件：5V 电源轨、所有的 RTD 探头均为 PT-100、和最大预期温度测量在 150°C。表 1 列出了用于每个 PT-100 探头的通道分配字。请查考 LTC2983 产品手册中的 “Channel Assignment Memory Map” (通道分配存储器配置)。请注意，在该例中 CH3 检测 RTD1 探头，CH4 检测 RTD2 … 等等。

表 1：CH2 至 CH20 RTD 通道分配字

连接至 CH2 的检测电阻器按表 2 所示进行配置。

表 2：检测电阻器通道配置字

RTD 堆栈稳定时间

一旦激励电流源启用，则 R 和 C 链路需要一段有限的时间以实现稳定。这就是稳定时间 tS。tS 取决于每个输入节点上个别电阻器 (RSENSE 和 RTD) 和电容器的数量和数值。tS 的上限可通过总 RC 的集总来估测，但是这样做会得出过于悲观的结果。另一种获得 tS 的方法是简单地仿真一个电路，如图 2 所示：

图 2：RTD 堆栈的延迟线模型

仿真的结果示于图 3。这里，所有的电容器均选为 100nF，而 RSENSE 为 1k。每根线代表稳定至堆栈中最后一个 RTD 两端电压之终值的 0.1% 以内所需的稳定时间 tS。对于每幅曲线图，所有的 RTD 均为同一类型。

图 3：RTD 堆栈的仿真稳定时间

按照默认设置，LTC2983 在激励电流源的启用和 ADC 转换的起始点之间插入一个延迟时间 tDELAY = 1ms。然而，当 RTD 堆栈中的 PT-100 探头数量多于 2 个时，这个延迟时间就不够了 (见图 3)。

tDELAY 可通过设定 MUX 配置寄存器 0x0FF 中的值来增加。按照默认设置，该寄存器是清零的。寄存器值每增加一个 LSB 代表默认 tDELAY 增加 100μs。请参阅 LTC2983 产品手册中的“Supplement Information” (补充信息) 部分以了解有关 MUX 延迟的更多细节。例如，把 0x10 写入 0x0FF 寄存器产生的结果是：

需注意的是，该可编程延迟的最大值为 26.5ms，这对于最多 6 个 PT-1000 器件的稳定来说是足够了 (假设 C = 100nF)。见图 3 和图 4。

图 4：RTD 堆栈的总转换时间

tDELAY 在每个个别 ADC 周期之前插入。每个 RTD 测量包括两个 ADC 周期。于是，RTD 堆栈的总转换时间大约为：

式中的 tDELAY 可由用户设置，tCONV 在产品手册的“Complete System Electrical Characteristics” (完整的系统电特性) 表中给出，其通常为 164ms (包括默认的 MUX 延迟)，N 是将要测量的 RTD 数量。tTOTAL 概括于图 4。

结论

LTC2983 能够连接至最多 18 个两线式 RTD 探头，但是一定要把由 RC 系统引起的稳定延迟考虑在内。这个问题可能会因为所用 RTD 探头的数量和类型而加剧。延迟问题可以运用本文提出的模型和仿真进行考察。