簡介

您是否想過如何設(shè)計(jì)一個(gè)具有高電磁兼容性(EMC)性能的精密溫度測量系統(tǒng),？本文將討論精密溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮因素,，以及如何在保持測量精度的同時(shí)提高系統(tǒng)的EMC性能。我們將以RTD溫度測量為例介紹測試結(jié)果和數(shù)據(jù)分析,，以便我們能夠輕松地從概念開發(fā)出原型和產(chǎn)品并走向市場,。

精密溫度測量和EMC挑戰(zhàn)

溫度測量是模擬領(lǐng)域中最常用的一項(xiàng)檢測技術(shù)。許多測量技術(shù)可用來檢測環(huán)境溫度,。熱敏電阻是一種小尺寸且簡單的2線制方案,，具有快速響應(yīng)時(shí)間，但其非線性和有限的溫度范圍限制了其精度和應(yīng)用,。RTD是最穩(wěn)定,、最精確的溫度測量方法。RTD設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于需要外部激勵(lì),、復(fù)雜電路和校準(zhǔn),。沒有溫度測量系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的工程師可能會(huì)氣餒。熱電偶(TC)可以提供堅(jiān)固耐用,、便宜,、不同測量范圍的解決方案，但完整的熱電偶測溫系統(tǒng)需要冷端補(bǔ)償(CJC),。與熱敏電阻,、TC和RTD相比，新型的數(shù)字溫度傳感器可以直接通過數(shù)字接口提供校準(zhǔn)的溫度數(shù)據(jù),。精密溫度測量需要高精度溫度傳感器和精密信號鏈來構(gòu)成一個(gè)溫度測量系統(tǒng),。TC、RTD和數(shù)字溫度傳感器的精度最高,。精密信號鏈器件是可以獲得的,，可用來收集這些傳感器信號并將其轉(zhuǎn)換為絕對溫度。在工業(yè)領(lǐng)域，達(dá)到0.1°C的精度是我們的目標(biāo),。這種精度測量不包括傳感器誤差,。表1比較了不同類型的溫度傳感器。

RTD溫度測量解決方案

以LTC2983溫度測量AFE為例,。系統(tǒng)控制器可以通過SPI接口直接從LTC2983讀取校準(zhǔn)的溫度數(shù)據(jù),，精度為0.1°C，分辨率為0.001°C,。連接4線RTD時(shí),，激勵(lì)電流旋轉(zhuǎn)功能可以自動(dòng)消除熱電偶的寄生效應(yīng)，并降低信號電路漏電流的影響,?；谶@些特性，LTC2983可以加速多通道精密溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì),，實(shí)現(xiàn)高EMC性能而無需復(fù)雜的電路設(shè)計(jì),，讓您和您的客戶更有信心。圖2顯示了EMC保護(hù)的LTC2983溫度測量系統(tǒng)框圖,。

2線和3線RTD傳感器還可以在PCB上使用開爾文配置,。當(dāng)需要將限流電阻和RC濾波器添加到信號鏈路以保護(hù)器件的模擬輸入引腳時(shí)，這些額外的電阻會(huì)引入很大的系統(tǒng)失調(diào),。例如,，用4線開爾文配置取代2線保護(hù)電路可以幫助消除該失調(diào)，因?yàn)榧?lì)電流不會(huì)流過這些限流電阻和RC濾波器,，保護(hù)電阻引起的誤差可以忽略不計(jì)（參見圖4）,。欲了解更多信息，請參閱LTC2986數(shù)據(jù)手冊,。

正常工作條件下,，TVS器件表現(xiàn)出很高的對地阻抗。將一個(gè)大于TVS擊穿電壓的瞬變電壓施加于系統(tǒng)輸入端時(shí),，一旦TVS被擊穿,，輸入端電壓就會(huì)被箝位并提供低阻抗接地路徑，將瞬變電流從輸入端轉(zhuǎn)移到地,。

圖2所示為3線PT-1000保護(hù)電路,。3線PT-1000通過三個(gè)相鄰?fù)ǖ肋B接到LTC2983，其受到SMAJ5.0A TVS和100Ω限流電阻的保護(hù),。限流電阻和下游電容形成低通濾波器,，以盡可能多地消除輸入線路中的RF成分，使每條線路和地之間的交流信號保持平衡,，并在測量帶寬上維持足夠高的輸入阻抗以避免加載信號源2,。差分模式濾波器的-3 dB帶寬為7.9 kHz，共模濾波器的-3 dB帶寬為1.6 MHz。

該溫度測量系統(tǒng)依據(jù)IEC 61000-4-2,、IEC 61000-4-3、IEC 61000-4-4,、IEC 61000-4-5和IEC 61000-4-6標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了測試,。在這些測試下，系統(tǒng)必須正常工作并提供精確的溫度測量,。被測傳感器是B類3線PT-1000,，其使用約10 m長的屏蔽線。

表3列出了IEC 61000-4-x抗擾度測試項(xiàng)目,、測試電平和系統(tǒng)受EMI事件干擾時(shí)的溫度波動(dòng),。圖6顯示了測試時(shí)的輸出溫度數(shù)據(jù)曲線，其對應(yīng)于表3中的最大溫度波動(dòng),。

增加保護(hù)后的溫度測量精度

TVS和限流電阻有助于保護(hù)溫度測量系統(tǒng)不受EMC影響,。箝位電壓越低的TVS，越能保護(hù)敏感電路,。但反過來,，它們可能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。為了應(yīng)對這種情況,，我們必須使用具有更高擊穿電壓的TVS,，因?yàn)楦叩膿舸╇妷阂馕吨谡９ぷ麟妷合侣╇娏鞲佟VS漏電流越低,，則給系統(tǒng)增加的誤差越小,。

作者簡介

Jon Geng于2018年加入ADI公司，現(xiàn)為中國核心應(yīng)用中心的應(yīng)用工程師,。他的專業(yè)領(lǐng)域是開關(guān),、MXU、基準(zhǔn)電壓源,、溫度傳感器和煙霧檢測,。Jon于2018年從貴州大學(xué)獲得機(jī)械工程碩士學(xué)位，于2015年從河北師范大學(xué)獲得電子工程學(xué)士學(xué)位,。

Li Ke是位于愛爾蘭利默里克的自動(dòng)化與能源事業(yè)部的系統(tǒng)應(yīng)用工程師,。Li于2007年在中國上海加入ADI公司，擔(dān)任精密轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品線產(chǎn)品應(yīng)用工程師,。此前,，他曾在Agilent Technologies公司的化學(xué)分析部門擔(dān)任過四年的研發(fā)工程師。他于1999年獲得西安交通大學(xué)電子工程學(xué)士學(xué)位,，并于2003年獲得西安交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程碩士學(xué)位,。

Karl Wei于2000年加入ADI公司，現(xiàn)為中國核心應(yīng)用團(tuán)隊(duì)的系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)理。他的專業(yè)領(lǐng)域是工業(yè)應(yīng)用中的精密信號鏈,。此前,，他在IC測試開發(fā)工程和營銷領(lǐng)域工作了8年。他于1992年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué),，獲得電氣工程碩士學(xué)位,。