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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，并相应地控制4 mA至20 mA的输出电流。ADuCM360集成双通道24位Σ-Δ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内置基准电压源以及ARM Cortex-M3内核、126 KB闪存、8 KB SRAM和各种数字外设，例如UART、定时器、SPI和I2C接口。 在该电路中，ADuCM360连接到一个T型热电偶和一个100 Ω铂电阻温度检测器(RTD)。RTD用于冷结补偿。低功耗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，而此温度范围所对应的输出电流范围是4 mA至20 mA。 该电路为热电偶测量提供了完整的解决方案，所需外部元件极少，并且可针对高达28 V的环路电压采用环路供电。 本应用中用到 ADuCM360 的下列特性：
• 12 位 DAC 输出及其灵活的片内输出缓冲器用于控制外部 NPN 晶体管 BC548。通过控制此晶体管的 VBE电压，可将经过 47 Ω
负载电阻的电流设置为所需的值。
• DAC 为 12 位单调式，但其输出精度通常在 3 LSB 左右。此外，双极性晶体管引入了线性误差。为提高 DAC 输出的精度并消除
失调和增益端点误差，ADC0 会测量反馈电压，从而反映负载电阻(RLOAD)两端的电压。根据此
ADC0 读数，DAC 输出将通过源代码纠正。这样就针对
4 mA 至 20 mA 的输出提供了±0.5°C 的精度。
• 24 位 Σ-Δ 型 ADC 内置 PGA，在软件中为热电偶和 RTD 设置 32 的增益。ADC1 在热电偶与 RTD 电压采样之间连续切换。
• 可编程激励电流源驱动受控电流流过 RTD。双通道电流源可在 0 μA 至 2 mA 范围内以一定的阶跃进行配置。本例使用 200 μA
设置，以便将 RTD 自热效应引起的误差降至最小。
• ADuCM360 中的 ADC 内置了 1.2 V 基准电压源。内部基准电压源精度高，适合测量热电偶电压。
• ADuCM360 中 ADC 的外部基准电压源。测量 RTD 电阻
时，我们采用比率式设置，将一个外部基准电阻(RREF)连接在外部 VREF+和 VREF−引脚上。由于该电路中的基准电压源为高抗，
因此需要使能片内基准电压输入缓冲器。片内基准电压缓冲器意味着无需外部缓冲器即可将输入泄漏影响降至最低。
• 偏置电压发生器(VBIAS)。VBIAS 功能用于将热电偶共模电压设置为 AVDD/2 (900 mV)。同样，这样便无需外部电阻，便可以
设置热电偶共模电压。
• ARM Cortex-M3 内核。功能强大的 32 位 ARM 内核集成了 126 KB 闪存和 8 KB SRAM 存储器，用来运行用户代码，可配置和
控制 ADC，并利用 ADC 将热电偶和 RTD 输入转换为最终的温度值。它还可以利用来自 AIN9 电压电平的闭环反馈控制并持续监
控 DAC 输出。出于额外调试的，它还可以控制 UART/USB 接口上的通信。
• UART 用作与 PC 主机的通信接口。这用于对片内闪存进行编程。它还可作为调试端口，用于校准 DAC 和 ADC。
• 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 将进入引导模式，
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。
• J1 连接器是一个 8 引脚双列直插式连接器，与 CN0300 支
持硬件随附的 USB-SWD/UART 板相连。配合 J-Link-Lite 板可对此应用电路板进行编程和调试。参见图 3。
热电偶和 RTD 产生的信号均非常小，因此需要使用可编程增益放大器(PGA)来放大这些信号。
本应用使用的热电偶为 T 型(铜-康铜)，其温度范围为−200°C 至+350°C，灵敏度约为 40 μV/°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 用于冷结补偿。本电路使用的 RTD 为 100 Ω 铂 RTD，型号为 Enercorp PCS 1.1503.1。它采用 0805 表贴封装，温度变化率
为 0.385 Ω/°C。
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发表于 2019-6-13 18:03:12
