ADuCM360基热电偶温度监控系统的电路设计方案

简介：
本简介针对ADuCM360芯片设计了一套高效的热电偶温度监控系统电路方案，详细介绍其硬件架构、信号处理流程及软件算法。 本电路在精密热电偶温度监控应用中使用ADuCM360精密模拟微控制器，并控制4mA至20mA的输出电流。ADuCM360集成了双通道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)、1.2V内置基准电压源以及ARM Cortex-M3内核，具有126KB闪存和8KB SRAM存储空间，并配备了各种数字外设如UART接口、定时器、SPI和I2C接口。在该电路中，ADuCM360连接到一个T型热电偶与一个100Ω铂电阻温度检测器（RTD）。RTD用于冷结补偿。低功耗的Cortex-M3内核将ADC读数转换为实际温度值。支持的T型温度范围是−200°C至+350°C，对应的输出电流范围是4mA至20mA。 本电路提供了一种完整的热电偶测量解决方案，并且所需外部元件很少，可以适应高达28V的环路电压并采用环路供电。在应用中使用了ADuCM360以下特性：12位DAC及其灵活的片内输出缓冲器用于控制NPN晶体管BC548；通过调节此晶体管的VBE电压来设定流经负载电阻（47Ω）的电流值，从而实现所需的输出。为了提高精度并消除失调和增益端点误差，ADC0会测量反馈电压，并根据该读数调整DAC输出以确保±0.5°C的精度。 此外，ADuCM360内置24位Σ-Δ型ADC及PGA，在软件中将热电偶与RTD设置为32倍增益。双通道电流源可在0μA至2mA范围内配置，并在本例中使用了200μA以减少RTD自发热误差。ADuCM360的内部基准电压源精度高，适合测量热电偶电压。 对于RTD电阻测量，采用比率式设置将外部参考电阻（RREF）连接至VREF+和VREF−引脚上；为了降低输入泄漏影响，启用片内基准电压缓冲器。偏置电压发生器(VBIAS)用于设定热电偶共模电压为AVDD/2 (900 mV)，从而无需外部电阻。 ADuCM360的ARM Cortex-M3内核具有126KB闪存和8KBSRAM，以运行用户代码、配置控制ADC，并将热电偶与RTD输入转换成温度值。此外还利用AIN9电压水平进行闭环反馈控制并持续监控DAC输出。 电路中的T型（铜-康铜）热电偶具有−200°C至+350°C的温度范围，灵敏度约为40ΩV/°C，在双极性模式和32倍PGA增益设置下可以覆盖整个温度范围。RTD则用于冷结补偿。 此电路设计需要在多层PCB上构建，并且具有较大的接地层以确保最佳性能。相关附件包括原理图、PCB的PDF文件，以及材料清单等详细资料。