CN0221 ADP1720 可以代替ADP120調節器，前者具有同樣的工作溫度范圍(?40°C至+125°C)，功耗更低(典型值為35A，后者為70A)且具有更低的最大輸入電壓。請注意，ADuCM360/ADuCM361可以通過標準串行線接口編程或調試。 對于標準UART至RS-232接口，可以用ADM3202等器件代替FT232R收發器，前者需采用3 V電源供電。對于更寬的溫度范圍，可以使用其它熱電偶，例如J型熱電偶。為使冷結補償誤差最小，可以讓一個熱敏電阻與實際的冷結接觸，而不是把它放在PCB上。 針對冷結溫度測量，可以用一個外部數字溫度傳感器來代替RTD和外部基準電阻。例如，ADT7410可以通過I2C接口連接到ADuCM360/ADuCM361。 有關冷結補償的更多信息，請參閱ADI公司的《信號調理》第7章“溫度傳感器”。 如果USB連接器與本電路之間需要隔離，則應增加隔離器件ADuM3160/ADuM4160。 為測試與評估電路，將熱電偶測量和RTD測量單獨進行評估。 熱電偶測量測試 基本測試設置如圖7。熱電偶與J5相連，必須安裝J1跳線以便對AIN7/VBIAS引腳進行熱電偶共模電壓設置。電路板從PC的USB連接獲得電源。 使用兩種方法來評估本電路的性能。首先使用連接到電路板的熱電偶來測量冰桶的溫度，然后測量沸水的溫度。 使用Wavetek 4808多功能校準儀來充分評估誤差，如圖4和圖6所示。這種模式下，校準儀代替熱電偶作為電壓源，如圖7所示。為了評估T型熱電偶的整個范圍，利用校準儀設置T型熱電偶?200°C至+350°C的正負溫度范圍之間52個點的等效熱電偶電壓。(可查看ISE公司的ITS-90 T型熱電偶表)。 為評估查找算法的精度，將551電壓讀數(等效溫度范圍：?200°C至+350°C，間隔+1°C)送往溫度計算函數。圖4和圖5表示以線性法和分段線性逼近法計算的誤差。 ? 圖7. 用于在熱電偶完整輸出電壓范圍內校準和測試電路的設置? RTD測量測試 為評估RTD電路和線性化源代碼，以精確可調節的源電阻替代板上的RTD。采用儀器為1433-Z Decade Resistor。RTD值在90Ω至140Ω之間，表示的RTD溫度范圍為?25°C至+114°C。 圖8表示測試設置電路，圖9表示RTD測試的誤差結果。 ? 圖8. 用于測量RTD誤差的測試設置? 圖9. RTD測量誤差，以°C表示(采用分段線性代碼和ADC0測量)? 本應用中用到ADuCM360/ADuCM361的下列特性： 在軟件中，為熱電偶和RTD配置了32倍PGA增益的24位∑-△型ADC。ADC1在熱電偶信號采樣與RTD電壓信號采樣之間連續切換。 可編程激勵電流源，用來驅動受控電流流經RTD。雙通道電流源可在0 μA至2 mA范圍內配置。本例使用200 μA設置，以便將RTD自熱效應引起的誤差降至最小。 ADuCM360/ADuCM361中的ADC內置1.2V基準電壓源。它的內部基準電壓源精度高，適合測量熱電偶電壓。 ADuCM360/ADuCM361中的ADC內置外部電壓基準電壓源。它可測量RTD電阻；采用比率式設置，將一個外部基準電阻(RREF)連接在外部VREF+和VREF引腳上。 偏置電壓發生器(VBIAS)。VBIAS用于將熱電偶共模電壓設置為AVDD/2。 ARMCortex-M3內核。功能強大的32位ARM內核集成了126kB閃存和8kBSRAM存儲器，用來運行用戶代碼，可配置并控制ADC，通過RTD處理ADC轉換，以及控制UART/USB接口的通信。 UART用作與PC主機的通信接口。 兩個外部開關用來強制該器件進入閃存引導模式。使SD處于低電平，同時切換RESET按鈕，ADuCM360/ADuCM361便進入引導模式，而不是正常的用戶模式。在引導模式下，通過UART接口可以對內部閃存重新編程。 熱電偶和RTD產生的信號均非常小，因此需要使用PGA來放大這些信號。 本應用使用的熱電偶為T(銅-康銅)型，其溫度范圍為?200°C至+350°C。靈敏度約為40V/°C，這意味著ADC在雙極性模式和32倍PGA增益設置下可以覆蓋熱電偶的整個溫度范圍。 RTD用于執行冷結補償。本電路使用鉑100ΩRTD，型號為Enercorp PCS 1.1503.1。它采用0805表貼封裝。溫度變化率為0.385Ω/°C。 注意，基準電阻RREF應為精密5.6kΩ (±0.1%)電阻。 ADuCM360/ADuCM361的USB接口通過FT232R UART轉USB收發器實現，它將USB信號直接轉換為UART。 除圖1所示的去耦外，USB電纜本身還須采用鐵氧體磁珠來增強EMI/RFI保護功能。本電路所用鐵氧體磁珠為Taiyo Yuden #BK2125HS102-T，它在100 MHz時的阻抗為1000Ω。 本電路必須構建在具有較大面積接地層的多層印刷電路板(PCB)上。為實現最佳性能，應采用適當的布局、接地和去耦技術（請參考教程MT-031——實現數據轉換器的接地并解開“AGND”和“DGND”的謎團、教程MT-101——去耦技術、以及 ADuCM360TCZ評估板布局)。 評估該電路所用的PCB如圖2所示。 圖2. 本電路所用的EVAL-ADuCM360TCZ板? 代碼說明 用來測試電路的源代碼鏈接在CN0221設計支持包中：http://www.analog.com/CN0221-DesignSupport UART配置為波特率9600、8數據位、無極性、無流量控制。如果本電路直接與PC相連，則可以使用“超級終端”(HyperTerminal)等通信端口查看程序來查看該程序發送給UART的結果，如圖3所示。 圖3.“超級終端”通信端口查看程序的輸出? 測量熱電偶和RTD的溫度，以獲得溫度讀數。通過查找表，將RTD溫度轉換為它的等效熱電偶電壓(可查看ISE公司的ITS-90 T型熱電偶表)。這兩個電壓相加以得出熱電偶的絕對溫度值。 首先，V1是熱電偶兩條線之間測得的電壓。通過查找表，測量RTD電壓并轉換為溫度值；然后，該溫度值再轉換為它的等效熱電偶電壓(V2)。隨后，V1和V2相加得出總熱電偶電壓值，此數值經轉換后作為最終的溫度測量值。 圖4. 使用簡單線性逼近法時的誤差? 最初，這一轉換是基于一個簡單的線性假設：熱電偶的溫度為40V/°C。從圖4可以看出，只有針對0°C左右的小范圍溫度，如此轉換所產生的誤差才是可以接受的。計算熱電偶溫度的更好方法是對正溫度使用6階多項式，對負溫度使用7階多項式。這需要進行數學運算，導致計算時間和碼字大小增加。適當的折衷是針對固定數量的電壓計算相應的溫度，然后將這些溫度存儲在一個數組中，其間的值利用相鄰點的線性插值法計算。從圖5可以看出，使用這種方法時誤差顯著降低。圖5表示使用理想熱電偶電壓的算法誤差。 圖5. 使用分段線性逼近法時的誤差? 圖6表示在ADuCM360上采用ADC1測量全熱電偶工作范圍內的52個熱電偶電壓，所產生的誤差。整體最大的誤差為<1°C。 圖6. 使用分段線性逼近法時的誤差(采用ADuCM360/ADuCM361測量的52個校準點)? 像熱電偶一樣，RTD溫度可使用查找表的方法計算與實現。注意，描述RTD溫度與電阻關系的多項式與描述熱電偶的多項式不同。 欲了解有關線性化和實現RTD最佳性能的詳細信息，請參考應用筆記AN-0970：利用ADuC706x微控制器實現RTD接口和線性化。 CN0221 采用ARM Cortex - M3的USB熱電偶溫度測量系統 本電路顯示如何在精密熱電偶溫度監控應用中使用精密模擬微控制器ADuCM360/ADuCM361。ADuCM360/ADuCM361集成雙通道24位-型模數轉換器(ADC)、雙通道可編程電流源、12位數模轉換器(DAC)、1.2 V內部基準電壓源、ARM Cortex-M3內核、126 kB閃存、8 kB SRAM以及各種數字外設，例如UART、定時器、SPI和I2C接口等。 在本電路中，ADuCM360/ADuCM361連接到一個熱電偶和一個100 鉑電阻溫度檢測器(RTD)。RTD用于執行冷結補償。 在源代碼中，ADC采樣速率選擇4 Hz。當ADC輸入可編程增益放大器(PGA)的增益配置為32時，ADuCM360/ADuCM361的無噪聲代碼分辨率大于18位。 圖1. ADuCM360/ADuCM361用作溫度監控控制器與熱電偶接口(原理示意圖，未顯示所有連接) ? CN0221 本電路顯示如何在精密熱電偶溫度監控應用中使用精 密模擬微控制器ADuCM360/ADuCM361。 CN0221 | circuit note and reference circuit info 采用ARM Cortex - M3的USB熱電偶溫度測量系統 | Analog Devices

• 典型溫度范圍為-200 C至+400 C
• 帶24位sigma-delta ADC的精密Cortex M3微控制器
• 帶冷結補償的T型熱電偶測量系統
• 單芯片解決方案

(analog)