對于各種各樣的產品，制造過程需要高度精確和可靠的溫度測量技術。通常通過與傳感器直接接觸來測量溫度，例如通過將傳感器浸入到液體中或通過與機器的表面接觸來測量溫度。除熱敏電阻和熱電偶之外，由于其快速響應時間和高達幾百?V/°C 的出色靈敏度，電阻溫度檢測器(RTD)尤其適用。它們也可用于–200°C 至+800°C 超寬范圍內的測量，且具有近線性行為。RTD 提供多種版本，例如 2 線、3 線或 4 線版本，且具有高度應用靈活性。

為了產生測量電壓，RTD 需要激勵電流。根據 RTD 類型，電壓電平從幾十到幾百 mV 不等。測量系統的精度不僅取決于溫度傳感器，還取決于選擇合適的測量儀器、系統配置以及測量電路類型。根據導線數量，RTD 傳感器可用于 2 線、3 線或 4 線測量電路。這些不同測量電路的對比如圖 1 所示。

在 2 線測量電路中，為 RTD 提供激勵電流(I)的兩根導線也用于測量傳感器電壓。由于傳感器電阻很低，即使是較低的導線電阻，RL 也會產生相對較高的測量不精確性。在 3 線或 4 線測量系統中，由于傳感器激勵通過單獨的導線發生，并且傳感器的測量導線直接放置在通常具有高阻抗的測量器件輸入端上，可最大限度降低此誤差。

遺憾的是，由于 RTD 上的壓降較低，信號非常容易受到噪聲的影響。因此，應盡可能避免使用較長的測量導線。可通過將電壓放大盡可能靠近信號源或 RTD 來降低噪聲。此外，具有良好信噪比(SNR)的敏感型模數轉換器(ADC)適用于進一步的數據處理。ADI 公司的∑-Δ ADC，如 AD7124 系列，提供一款完成集成的 24 位、低噪聲模擬前端(AFE)，非常適合高精度測量應用。輸入可以選擇性地配置為差分輸入或單端 / 偽差分輸入。AD7124 系列還集成了數字濾波器和可編程放大器級，使其非常適合低壓應用。圖 2 所示電路為使用 AD7124 的 4 線測量配置示例。

圖 1. 2 線、3 線和 4 線測量對比

圖 2. 使用 AD7124 進行 4 線 RTD 溫度測量配置

AD7124 上的模擬引腳 AIN2 和 AIN3 配置為差分輸入且用于測量 RTD 電壓。RTD 激勵電流從模擬電源電壓 AVDD 汲取，并通過 AIN0 提供。激勵電流同時流過基準電阻 RREF1，作為精密電阻工作，然后會導致通過基準引腳 REFIN1(+)和 REFIN1(–)檢測到的壓降。所造成的壓降與 RTD 上的壓降成正比。此比率式配置確保激勵電流的變化對系統總體精度沒有影響。由于 ADC 的有源內部模擬緩沖器，RREF2 會產生正常運行所需的失調電壓。在模數轉換之前，需要緩沖器對讀數進行濾波，從而提供抗混疊特性并降低噪聲。或者，也可以將所有模擬輸入和基準輸入與分立 RC 濾波器相連。在使用 AD7124 開始簡單測量之前，校準測量系統（零電平和滿量程校準）可最大限度降低增益和偏置誤差。

結論

通過 AD7124 系列等 AFE，可以相對輕松地實現 RTD 溫度測量系統。它們提供非常好的高精度、低功耗和低噪聲組合，適用于高精度測量應用和節能型便攜式設備。此外，這些 ADC 的集成度和靈活性簡化了設計架構，有助于縮短使用不同類型傳感器的測量應用（例如，溫度、電流、電壓等）的設計周期。