利用精密模擬微控制器ADuCM360和外部熱電偶構(gòu)建基于USB的溫度監(jiān)控器

本電路顯示如何在精密熱電偶溫度監(jiān)控應(yīng)用中使用精密模擬微控制器ADuCM360/ADuCM361.ADuCM360/ADuCM361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、12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、1.2 V內(nèi)部基準電壓源、ARM Cortex-M3內(nèi)核、126 kB閃存、8 kB SRAM以及各種數(shù)字外設(shè)，例如UART、定時器、SPI和I2C接口等。

在本電路中，ADuCM360/ADuCM361連接到一個熱電偶和一個100 鉑電阻溫度檢測器(RTD)。RTD用于執(zhí)行冷結(jié)補償。

在源代碼中，ADC采樣速率選擇4 Hz.當ADC輸入可編程增益放大器(PGA)的增益配置為32時，ADuCM360/ADuCM361的無噪聲代碼分辨率大于18位。

利用精密模擬微控制器ADuCM360和外部熱電偶構(gòu)建基于USB的溫度監(jiān)控器 (CN0221) 圖1. ADuCM360/ADuCM361用作溫度監(jiān)控控制器與熱電偶接口(原理示意圖，未顯示所有連接)

 ADuCM360/ADuCM361用作溫度監(jiān)控控制器與熱電偶接口(原理示意圖，未顯示所有連接)

電路描述

本應(yīng)用中用到ADuCM360/ADuCM361的下列特性：

在軟件中，為熱電偶和RTD配置了32倍PGA增益的24位∑-△型ADC.ADC1在熱電偶信號采樣與RTD電壓信號采樣之間連續(xù)切換。

可編程激勵電流源，用來驅(qū)動受控電流流經(jīng)RTD.雙通道電流源可在0A至2mA范圍內(nèi)配置。本例使用200A設(shè)置，以便將RTD自熱效應(yīng)引起的誤差降至最小。

 ADuCM360/ADuCM361中的ADC內(nèi)置1.2V基準電壓源。它的內(nèi)部基準電壓源精度高，適合測量熱電偶電壓。

ADuCM360/ADuCM361中的ADC內(nèi)置外部電壓基準電壓源。它可測量RTD電阻;采用比率式設(shè)置，將一個外部基準電阻(RREF)連接在外部VREF+和VREF引腳上。

偏置電壓發(fā)生器(VBIAS)。VBIAS用于將熱電偶共模電壓設(shè)置為AVDD/2.

 ARMCortex-M3內(nèi)核。功能強大的32位ARM內(nèi)核集成了126kB閃存和8kBSRAM存儲器，用來運行用戶代碼，可配置并控制ADC,通過RTD處理ADC轉(zhuǎn)換，以及控制UART/USB接口的通信。

UART用作與PC主機的通信接口。

兩個外部開關(guān)用來強制該器件進入閃存引導模式。使SD處于低電平，同時切換RESET按鈕，ADuCM360/ADuCM361便進入引導模式，而不是正常的用戶模式。在引導模式下，通過UART接口可以對內(nèi)部閃存重新編程。

熱電偶和RTD產(chǎn)生的信號均非常小，因此需要使用PGA來放大這些信號。

本應(yīng)用使用的熱電偶為T(銅-康銅)型，其溫度范圍為?200°C至+350°C.靈敏度約為40V/°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溫度范圍。

RTD用于執(zhí)行冷結(jié)補償。本電路使用鉑100ΩRTD,型號為Enercorp PCS 1.1503.1.它采用0805表貼封裝。溫度變化率為0.385Ω/°C.

注意，基準電阻RREF應(yīng)為精密5.6kΩ (±0.1%)電阻。

ADuCM360/ADuCM361的USB接口通過FT232R UART轉(zhuǎn)USB收發(fā)器實現(xiàn)，它將USB信號直接轉(zhuǎn)換為UART.

除圖1所示的去耦外，USB電纜本身還須采用鐵氧體磁珠來增強EMI/RFI保護功能。本電路所用鐵氧體磁珠為Taiyo Yuden #BK2125HS102-T,它在100 MHz時的阻抗為1000Ω。

本電路必須構(gòu)建在具有較大面積接地層的多層印刷電路板(PCB)上。為實現(xiàn)最佳性能，應(yīng)采用適當?shù)牟季?、接地和去耦技術(shù)(請參考教程MT-031--實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的接地并解開"AGND"和"DGND"的謎團、教程MT-101--去耦技術(shù)、以及ADuCM360TCZ評估板布局)。