实验室电路之多通道热电偶测量解决方案

去耦： ADT7320必须在尽可能靠近VDD的地方安装去耦电容，以确保温度测量的精度。推荐使用诸如0.1μF高频陶瓷类型的去耦电容。此外，还应使用一个低频去耦电容与高频陶瓷电容并联，如10μF至50 μF钽电容。

最大热传导： 塑料封装和背面的裸露焊盘（GND）是基准结至ADT7320的主要热传导路径。由于铜触点与ADC输入相连，本应用中无法连接背面的焊盘，因为这样做会影响 ADC输入的偏置。

精密电压测量指南

下列指南可确保AD7793精确地测量热电偶测量结电压。

去耦：AD7793必须在尽可能靠近AVDD 和 DVDD 的地方安装去耦电容，以确保电压测量的精度。应将0.1 μF陶瓷电容与 10 μF钽电容并联，将AVDD去耦到GND.此外，应将0.1 μF 陶瓷电容与10 μF钽电容并联，将DVDD去耦到GND. 更多有关接地、布局和去耦技巧的讨论，请参考Tutorial MT-031 和 TutorialMT-101

滤波：AD7793的差分输入用于消除热电偶线路上的大部分共模噪声。例如，将组成差分低通滤波器的R1、R2和C3放置在AD7793的前端，可消除热电偶引脚上可能存在的叠加噪声。C1和C2电容提供额外的共模滤波。由于输入ADC 的AIN（+）和AIN（-）均为模拟差分输入，因此，模拟调制器中的多数电压均为共模电压。AD7793的出色共模抑制（100 dB最小值）进一步消除了这些输入信号中的共模噪声。

本方案解决的其它难题

下文总结了本解决方案是如何解决前文提到的其它热电偶相关难题。

热电偶电压放大：热电偶输出电压随温度的变化幅度只有每度几μV.本例中所用的常见K型热电偶变化幅度为41μV/℃。这种微弱的信号在ADC转换前需要较高的增益级。 AD7793内部可编程增益放大器（PGA）能够提供的最大增益为128.本解决方案中的增益为16,允许AD7793通过内部基准电压源运行内部满量程校准功能。

热电偶的非线性校正：AD7793在宽温度范围（–40℃至 +105℃）内具有出色的线性度，不需要用户校正或校准。为了确定实际热电偶温度，必须使用美国国家标准技术研究院（NIST）所提供的公式将参考温度测量值转换成等效热电电压。此电压与AD7793测量的热电偶电压相加，然后再次使用NIST公式将两者之和再转换回热电偶温度。另一种方法涉及查找表的使用。然而，若要获得同样的精度，查找表的大小可能有较大不同，这就需要主机控制器为其分配额外的存储资源。所有处理均通过EVAL-SDP-CB1Z以软件方式完成。EVAL-SDP-CB1Z以软件方式完成。

常见变化

对于精度要求较低的应用，可用AD779216位Σ-Δ型ADC 替代AD7793 24位Σ-Δ 型ADC对于基准温度测量，可用±0.5℃精度的ADT7310数字温度传感器替代±0.25℃精度的 ADT7320. AD7792和ADT7310均集成SPI接口。

电路评估与测试

本系统使用EVAL-CN0172-SDPZ和EVAL-SDP-CB1Z. EVAL-CN0172-SDPZ板自带CN0172分线板。

设备要求

需要以下设备：

一个油槽

EVAL-CN0172-SDPZ电路评估板

CN0172分线板（EVAL-CN0172-SDPZ评估板自带）

EVAL-CN0172-SDPZ电路评估板

CN0172评估板软件

一台Datron 4808校准仪

一台Hart Scientific 1590超级温度计

一个Hart Scientific精密探头

GPIB电缆（3）

一台PC,安装Windows XP或更高版本，运行LabVIEW并带有一块GPIB卡和一个USB 2.0端口

设置与测试

图5中的测试设置用于评估多通道热电偶解决方案的性能。使用Datron校准仪提供精密电压源，用于3个热电偶输入。使用超级温度计测量油槽的温度，并通过GPIB总线对其进行控制。

CN0172的LabVIEW软件通过USB端口EVAL-SDP-CB1Z评估板、分线板和SPI总线控制EVAL-CN0172-SDPZ评估板。 EVAL-SDP-CB1Z评估板的电源来自USB总线，EVAL-SDP-CB1Z的3.3 V输出为EVAL-CN0172-SDPZ评估板供电。

如果不需要油槽测量，则可利用CD光盘上的软件，通过 PC的USB接口使用EVAL-CN0172-SDPZ评估板测量3个热电偶的温度。

有关测试设置、校准以及如何使用评估软件来捕捉数据的详细信息，请参阅CN0172用户指南： www.analog.com/CN0172- UserGuide.

图5. 测试设置功能框图

测试结果

表6显示采用不同的冷结（CJ）温度固定值，在各种热电偶温度下该解决方案的误差曲线。宽温度范围内的整体解决方案误差不超过±0.25℃。请注意，若对AD7793 ADC执行系统校准，则可进一步改善解决方案精度。

图6. 固定冷结（CJ）温度下的误差与热电偶温度的关系

图7显示采用不同的热电偶温度固定值，在各种CJ温度下该解决方案的误差曲线。宽温度范围内的整体解决方案误差不超过±0.25℃。

图7. 固定热电偶温度下的误差与冷结温度的关系