溫度控制技術(shù)已成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)研究、航空航天和人們生活等各活動(dòng)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，特別是在科學(xué)研究、航空航天、生物醫(yī)藥、精密儀器等領(lǐng)域?qū)囟瓤刂凭鹊囊髽O高，有時(shí)是極其苛刻的。高精度溫控儀基于PT1000、MCU、AD7793和OPA548作為核心芯片，具有精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、穩(wěn)定性好，成本低廉的特點(diǎn)。本文介紹了AD7793芯片的特點(diǎn)、工作原理和在我們研制的高精度溫控設(shè)備中的應(yīng)用。
1 AD7793芯片的特點(diǎn)
AD7793的內(nèi)部框圖如圖1所示，具有以下特點(diǎn)。1)轉(zhuǎn)換精度高，24位數(shù)據(jù)輸出;2)芯片集成度高，它內(nèi)置24位∑-△調(diào)制器、緩沖器、基準(zhǔn)電壓源、恒流源、儀表放大器和片內(nèi)數(shù)字濾波器;3)3個(gè)差分模擬輸入通道，可以被配置為緩沖模式或無緩沖模式;4)接口電路要求低，可以直接接收來自應(yīng)變器或傳感器的模擬量輸入。5)分辨率高、噪聲很低，因此對(duì)于前端的抗混疊濾波器的要求也大大降低，一個(gè)簡(jiǎn)單的RC低通濾波器就足夠了;6)該芯片具有自校準(zhǔn)、系統(tǒng)校準(zhǔn)功能，可以消除零點(diǎn)誤差、滿量程誤差及溫度漂移的影響。7)三線式SPI接口，通過MCU靈活控制和配置AD7793片內(nèi)寄存器，實(shí)現(xiàn)對(duì)AD7793芯片的控制。
2 AD7793芯片的工作原理
AD7793采用∑-△調(diào)制技術(shù)，與雙積分式的ADC比較，有很高的分辨率和精度。在工作時(shí)，AD7793以一定的速率對(duì)模擬輸入信號(hào)連續(xù)采樣，采樣速率受系統(tǒng)時(shí)鐘的控制。采樣信號(hào)經(jīng)BUF、PGA放大，使其輸出電平滿足電荷平衡ADC的要求，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖序列，該序列經(jīng)數(shù)字濾波器處理后，以確定的速率更新數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)。數(shù)字濾波器的主要作用是抑制串模干擾，不同的更新速率下，AD7793所選擇的數(shù)字濾波器也略有不同。數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)可以從SPI接口隨機(jī)讀出。
3 AD7793芯片的應(yīng)用
AD7793的接口電路如圖2所示。根據(jù)系統(tǒng)的測(cè)量精度和控制精度要求，選擇了RTD傳感器PT1000作為測(cè)溫傳感器。PT1000具有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、線性度好、響應(yīng)時(shí)間快，測(cè)試電流在允許值范圍內(nèi)，自熱系數(shù)小，滿足系統(tǒng)的技術(shù)要求。PT1000傳感器對(duì)溫度的變化輸出一般是微伏級(jí)的微弱信號(hào)，但AD7793具有完整的模擬前端功能，內(nèi)部集成了低噪聲儀表放大器，且可以設(shè)置增益，因而可以直接輸入測(cè)量傳感器輸出的微弱信號(hào)，輸入信號(hào)通過低通濾波后進(jìn)入AD7793的A/D輸入端。
RTD傳感器PT1000電阻接線主要有三種方式：二線制、三線制和四線制。它們的主要區(qū)別在于，由于引線電阻的存在，則不同的測(cè)溫方式得到的測(cè)量精度不同，應(yīng)視使用場(chǎng)合的要求高低而定。二線制精度較低，無法消除線路電阻的影響，環(huán)境溫度的變化對(duì)其影響很大，近距離可以使用;三線制是工業(yè)應(yīng)用中的主流，多一根線主要消除導(dǎo)線電阻的影響，采用惠斯頓平衡電橋，適合遠(yuǎn)距離傳輸。四線制應(yīng)用較少，但精度高，能補(bǔ)償由導(dǎo)線引起的誤差，在高精度測(cè)量中廣泛應(yīng)用。在本設(shè)備中采用四線制測(cè)溫的方式，可以完全消除引線電阻所引起的誤差，滿足高精度測(cè)量的要求。
對(duì)于AD7793的∑-△ADC來講，參考源的選擇必須滿足低噪聲、溫漂小的要求。雖然已經(jīng)內(nèi)置了電壓參考源，無需外接參考源，但為了滿足高精度測(cè)量的要求，使用了高精度標(biāo)準(zhǔn)參考電阻(0.2ppm)，采用比例測(cè)量法，應(yīng)用這種方法，激勵(lì)源中的噪聲會(huì)被抵消掉。
