高集成度模拟前端AFE AD7124在RTD测温场合的应用

随着工业生产的发展，温度测量与控制十分重要，温度参数的准确测量对输出品质、生产效率和安全可靠的运行至关重要。作为一家高性能模拟大厂，ADI公司拥有完善的测温/控温方案，从无源的电阻式温度检测器RTD、热电偶Thermocouple (TC)，到直接电流/电压模拟量输出、SPI/IIC数字接口输出的半导体温度传感器。

与ADI合作三十多年的代理商——Excelpoint世健公司技术支持工程师Vincent Chen向我们介绍了ADI公司广受欢迎的适用于工业接触式RTD测温的模拟前端AFE AD7124-4/8。

图1：AD7124-4/8内部框图

AD7124针对RTD测温而优化的丰富特性有以下几点：

1)6种可编程匹配激励电流，从50 µA、100 µA、250 µA、500 µA、750 µA到1 mA

2)xMux可将两路恒流源，切至所需通道，灵活构成2/3/4线制PT100测温

3)50 Hz/60 Hz同时抑制(25 SPS，40mS单周期建立,62dB rejection)

4)模拟输入缓冲器AIN buffer，再加上8种PGA可编程增益，1-128 V/V，无需外部额外的调理电路

5)比例式Ratiometric测量，消除激励电流源的精度和漂移等误差源。

ADI官网可以检索到测试验证过的实验室电路Circuit Note： 《CN-0381, 采用低功耗、精密、24位Σ-Δ型ADC的全集成式4线RTD测量系统》;以及《CN0383, 采用低功耗、精密、24位Σ-Δ型ADC的全集成式3线RTD测量系统》。

采用两点校准和线性化，在−50℃至 200℃的温度范围内，3线系统的整体精度优于±1℃。 在全功率模式、选择sinc4滤波器、输出数据速率为50 SPS的条件下，系统的典型无噪声码分辨率为17.9位;在低功耗模式、选择后置滤波器、输出数据速率为25 SPS的条件下，系统的典型无噪声码分辨率为16.8位。

图2：温度精度测量(Sinc4滤波器、全功率模式、50 SPS，仅执行25℃一次性校准)

ADI出版的技术周刊《模拟对话Analog Dialogue》，解析了ADC前端R-C无源器件对测量精度的影响，详见ADI官网的《RTD比率式温度测量的模拟前端设计考虑》。

图3：使用AD7124进行RTD测量的模拟输入配置

一片AD7124-8最多可支持8路3线制RTD。若对EMC抗扰要求很高，建议改用右侧的接法，一阶无源滤波的R/C值，可以取大。此时一片AD7124-8，仅支持4路3线制RTD。

图4：三线制的两种接法，侧重于通道密度或者EMC性能

AD7124灵活的硬件配置，需配合同样灵活的软件配置，来最终实现。共计有8种独立设置(Channel Register不同于物理通道，甚至可以8/16路物理通道，采用同一套Config)，每种设置包括以下四个寄存器：

• 配置寄存器 Config_N

• 滤波器寄存器 FILTER_N

• 失调寄存器 OFFSET_N

• 增益寄存器GAIN_N

图5：差分和单端混合配置(使用多种公用设置)

ADI官网提供non-os的驱动代码，一段典型的驱动初始化代码，如下：

以下为建议ADC配置流程：

据了解，在世健公司的技术支持下，多家业内知名的本土工控大厂采用AD7124-8设计的多通道RTD/TC测温板卡，已量产上市。