電路功能與優(yōu)勢(shì)
本電路顯示如何在精密熱電偶溫度監(jiān)控應(yīng)用中使用 ADuC7060 或 ADuC7061精密模擬微控制器ADuC7060/ADuC7061集成雙通道24位∑-△型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、雙通道可編程電流源、14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、1.2 V內(nèi)置基準(zhǔn)電壓源以及ARM7內(nèi)核、32 kB閃存、4 kB SRAM和各種數(shù)字外設(shè)，例如UART、定時(shí)器、串行外設(shè)接口(SPI)和I2C接口。
在該電路中，ADuC7060/ADuC7061連接到一個(gè)熱電偶和一個(gè)100Ω鉑電阻溫度檢測(cè)器(RTD)。RTD用于冷結(jié)補(bǔ)償。作為額外選項(xiàng)，ADT7311數(shù)字溫度傳感器可用于代替RTD來測(cè)量冷結(jié)溫度。
在源代碼中，ADC采樣速率選擇4 Hz。當(dāng)ADC輸入可編程增益放大器(PGA)的增益配置為32時(shí)，ADuC7060/ADuC7061的無噪聲分辨率大于18位。
與主機(jī)的單邊半字節(jié)傳輸(SENT)接口通過使用定時(shí)器控制數(shù)字輸出引腳來實(shí)現(xiàn)。然后，使用外部NPN晶體管將此數(shù)字輸出引腳通過外部方式電平轉(zhuǎn)換為5 V。按照SENT協(xié)議(SAE J2716標(biāo)準(zhǔn))第6.3.1節(jié)的建議在SENT輸出電路中提供了EMC濾波器。數(shù)據(jù)按下降沿到下降沿測(cè)量，每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間與系統(tǒng)時(shí)鐘周期數(shù)相關(guān)?？赏ㄟ^測(cè)量SYNC脈沖來確定系統(tǒng)時(shí)鐘速率。SYNC脈沖在每個(gè)數(shù)據(jù)包開始時(shí)發(fā)送。要了解更多詳情，請(qǐng)參見“SENT接口”部分。
圖1. 具有熱電偶接口、用作溫度監(jiān)控器控制器的ADuC7060/ADuC7061(原理示意圖，未顯示所有連接)
電路描述
本應(yīng)用中用到： ADuC7060/ ADuC7061的下列特性：
內(nèi)置PGA的24位∑-△型主ADC。PGA的增益在本應(yīng)用的軟件中設(shè)置為32。主ADC在熱電偶信號(hào)采樣與RTD電壓信號(hào)采樣之間連續(xù)切換。
如果用RTD測(cè)量冷結(jié)溫度，可編程激勵(lì)電流源會(huì)驅(qū)動(dòng)受控電流流過RTD。雙通道電流源可在0μA至2μA范圍內(nèi)以200μA階躍配置。本例使用200μA設(shè)置，以便將RTD自熱效應(yīng)引起的誤差降至最小。
如果用ADT7311測(cè)量冷結(jié)溫度，將在主機(jī)模式下使用SPI接口來連接ADT7311從機(jī)。
ADuC7060/ ADuC7061中ADC的內(nèi)置1.2 V基準(zhǔn)電壓源。內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源精度高，適合測(cè)量熱電偶電壓。
ADuC7060/ ADuC7061中ADC的外部基準(zhǔn)電壓源。為了測(cè)量RTD電阻，我們采用比率式設(shè)置，將一個(gè)外部基準(zhǔn)電阻(RREF)連接在外部VREF+和VREF?引腳上。
AD8628 單電源運(yùn)算放大器用于緩沖RREF至ADC的高阻抗基準(zhǔn)電壓。
OP193是用于替代AD8628的另一可選擇型號(hào)。
用于將熱電偶共模電壓設(shè)為地以上850 mV的DAC。
ARM7TDMI?內(nèi)核。功能強(qiáng)大的16/32位ARM7內(nèi)核集成了32 kB閃存和SRAM存儲(chǔ)器，用來運(yùn)行用戶代碼，可配置并控制ADC、通過RTD處理ADC轉(zhuǎn)換，以及控制SPI接口的通信。
定時(shí)器1和數(shù)字輸出引腳用于產(chǎn)生SENT輸出信號(hào)。
用于抑制ESD、電快速瞬變(EFT)和電涌瞬變(最高23kV)的可選PESDLIN保護(hù)二極管。
按照SAE J2716標(biāo)準(zhǔn)(SENT協(xié)議)第6.3.1節(jié)的建議在SENT輸出端提供了EMC濾波器。
兩個(gè)外部開關(guān)用來強(qiáng)制該器件進(jìn)入閃存引導(dǎo)模式。使S1處于低電平，同時(shí)切換S2，ADuC7060/ADuC7061將進(jìn)入引導(dǎo)模式，而不是正常的用戶模式。在引導(dǎo)模式下，通過UART接口可以對(duì)內(nèi)部閃存重新編程。
熱電偶和RTD產(chǎn)生的信號(hào)均非常小，因此需要使用PGA來放大這些信號(hào)。ADuC7060/ADuC7061的輔助ADC不含PGA，因此二者均連接到主ADC，二者之間的切換通過軟件完成。
本應(yīng)用使用的熱電偶為T型(copperconstantan)，其溫度范圍為?200°C至+350°C，靈敏度約為40μV/°C，這意味著ADC在雙極性模式和32倍PGA增益設(shè)置下可以覆蓋熱電偶的整個(gè)溫度范圍。
RTD用于冷結(jié)補(bǔ)償。本電路使用的是100Ω 鉑RTD，型號(hào)為Enercorp PCS 1.1503.1。它采用0805表貼封裝，溫度變化率為0.385Ω /°C。
注意，基準(zhǔn)電阻RREF應(yīng)為精密5.6 kΩ (±0.1%)電阻。
SENT接口
SENT接口是一種單引腳單向(傳感器至主機(jī))時(shí)間調(diào)制信號(hào)，主要用于在汽車系統(tǒng)中使分布式傳感器與主機(jī)CPU接口。
SENT的主要要求包括以下幾點(diǎn)：
必須有0 V至5 V的信號(hào)擺幅，且?guī)в蠩MC濾波。
用于SENT信號(hào)的時(shí)鐘必須具備±20%的精度。
SENT輸出電路必須足夠穩(wěn)定，以耐受對(duì)地短路和電源電壓短路。
關(guān)聯(lián)的源代碼使用ADuC7061的P0.4數(shù)字引腳作為SENT輸出引腳。所用數(shù)據(jù)包格式為單傳感器數(shù)據(jù)包格式，詳見SAE J2716標(biāo)準(zhǔn)(SENT協(xié)議)文檔的第A.4節(jié)。可修改源代碼(尤其是SENT.h和Sent.c文件)，來支持其它數(shù)據(jù)包格式。整體溫度結(jié)果以/°C格式通過數(shù)據(jù)半字節(jié)1至數(shù)據(jù)半字節(jié)3返回?？偠灾?，返回的輸出數(shù)據(jù)包為
同步脈沖的56個(gè)時(shí)鐘周期
狀態(tài)脈沖(7個(gè)周期至15個(gè)周期)
數(shù)據(jù)半字節(jié)1(溫度結(jié)果的Bit 11至Bit 8)
數(shù)據(jù)半字節(jié)2(溫度結(jié)果的Bit 7至Bit 4)
數(shù)據(jù)半字節(jié)3(溫度結(jié)果的Bit 3至Bit 0)
數(shù)據(jù)半字節(jié)4(計(jì)數(shù)器的Bit 7至Bit 4)
數(shù)據(jù)半字節(jié)5(計(jì)數(shù)器的Bit 3至Bit 0)
數(shù)據(jù)半字節(jié)6(與半字節(jié)1相反)
圖2為數(shù)據(jù)包示例。
圖2. 在P0.4引腳處測(cè)得的示例SENT數(shù)據(jù)包
該電路必須構(gòu)建在具有較大面積接地層的多層印刷電路板(PCB)上。為實(shí)現(xiàn)最佳性能，必須采用適當(dāng)?shù)牟季帧⒔拥睾腿ヱ罴夹g(shù)。
