针对SPICE 开发一款高精度 Pt100 RTD 仿真器

图 4 完整的 RTD 仿真器模型

在附录 1 中给出了一个完整的 Pt100 RTD 宏模型的 SPICE 网表。表中所列数据 (syntax) 同大部分版本的 Cadence PSPICE 一致。如果您的仿真程序基于一个 SPICE 引擎，那么您应该会很轻松地实现数据转换。网表包括了注解，使您更容易改动特定的 RTD 参数。

RTD仿真器允许将对应于输入电压的温度改变为任何希望的值，但是要确保特定RTD的温度适用范围。在 -200℃ 至 +850℃ 的范围内测试宏模型时，电阻模拟 Pt100 多项式到至少小数点以后 4 位，包括有开关状态的测试温度，该温度介于零上 0.1℃ 和零下 0.1℃ 之间，在此温度区间 SWA 和 SWB 进行状态切换。在使用宏模型时，需要确保 RTD 电流是在真正 RTD 器件的建议操作范围之内。该 RTD 宏模型不包括自加热效应。

RTD 宏模型，或称作 RTD 仿真器(可能是现在最恰当的叫法)，单独使用时用途非常有限。但是，在同一个 RTD 接口电路结合使用时，就可以进行更有价值的电路模拟。图 5 显示了一款带有 RTD 仿真器连接至 INA326 仪表放大器的应用电路。INA326 可提供电压增益和信号调节。选择可以使输出电压摆幅在接近 0V（RTD 温度为 -200℃ 时）和 4.096V（RTD 温度为 +850℃ 时）之间变化的参考引脚电压。该输出电压范围与单电源 ADC 的输入范围匹配良好。

图 5 具有 INA326 放大器的 Pt100 RTD 仿真器

就本应用电路而言，TI 推出的 12 位 ADS7829 ADC 是一个不错的选择，该 ADC 的输入范围为 0V～4.096V。用分裂电源轨对 INA326 进行供电可以很轻松地使输出电压在 0V 至负电压之间波动。由于大部分 RTD 均为慢响应传感器，所以 INA326 仪表放大器的带宽限定在 100Hz，从而可以充分利用 ADC 高信噪比的优点。一些应用电路允许您使用一个更低的截止频率。此处，-3dB 的带宽由一个二阶低通函数设置，该函数由在输出端连接的 RC 网络和 INA326 的 R2 引脚组成。在产品说明书中可以找到关于怎样选取组件值的相关信息。图 6 显示了在整个温度范围内模拟 RTD 电阻值和 INA326 直流输出的电平。

图 6 在整个温度范围内，Pt100 仿真器电阻和 INA326 电压响应

登录 TI TINA-TI 网站 http://www.ti.com 可以下载 RTD 宏模型 RTD3。

特别感谢

本文作者要感谢 TI 线性应用高精度模拟产品部的同事 Tim Green 和 Neil Albaugh（现已退休），感谢他们在模拟电路领域和建模方面颇具价值的专业知识和建议。此外，我还要感谢模拟与 RF 模型公司的 Bill Sands，感谢他对如何使用曲线拟合技术进行 RTD 建模提出的真知灼见。最后，我还要感谢 eCircuit Center 的Rich Faehnrich，感谢他为该工程社区提供了内容丰富的 SPICE 资源地址，实践证明这些资源地址在 RTD 宏模型开发阶段提供了很大的帮助。

作者简介

Thomas Kuehl 现任 TI 高性能线性产品部高级应用工程师。在加盟该应用产品部之前，他从事产品工程长达 25 年之久。他的业余爱好广泛，其中包括：弹吉他、业余无线电通信 (AC7A) 以及户外郊游。Thomas 现已发表了数篇有关通信天线的文章，如欲联系作者，请发送邮件至 ti_tomkuehl@ti.com。

附录1：使用 PSPICE 数据的 RTD 仿真器网表

带有监控器的宽温度范围的 RTD 仿真器

修订版 A，作者：T E Kuehl，2006 年 7 月 27 日

RTD 温度范围为 -200℃ 到 +850℃ (IEC)

该模型包括零度以下 (t＜0℃)、三阶和四阶项

RTD+ 表示 RTD 正连接

RTD- 表示 RTD 负连接

VT+ 表示与所测温度相对应的正电压

VT- 表示与所测温度相对应的负电压

Mon+ 表示外部计量表连接

Mon- 表示外部计量表连接

***请注意，TINA 7.0 版 (TINA-TI 7.0) 是否会出现仿真误差
***选择"分析"菜单 (tab)，然后"设置分析参数"接下来点击
***"手形符号"接下来点击"浏览全图"。找到分路电导 (S) 并将其
***从 0 修改为 le-12。

*连接 VT+ VT- Mon+ Mon- RTD+ RTD- .subckt RTD3 4 5 6 7 1 2

***RTD 系数
***Pt100

参数 Rnom =100

参数 A =3.9083e-3

参数 B =-5.775e-7

参数 C =-4.23225e-12

***压控电压源

***压控开关

*** SWA/SWB 开启电阻的系数，Ron=0.1Ω
ERon 3 10 value= (I(Vsense)*0.1)
*** RTD 电阻值
Vsense 3 2 DC 0
结束 RTD3