電路功能與優(yōu)勢
該電路提供一種簡單的高度集成溫度.解決方案，它可以與4 mA至20 mA主機控制器接口。由于絕大部分電路功能都集成在精密模擬微控制器 ADuC7060/ ADuC7061 中,，包括雙通道24位Σ-Δ型ADC,、ARM7處理器內(nèi)核以及用于控制4 mA至20 mA反饋電路的DAC/PWM特性,，因此本電路是一種成本非常低的溫度監(jiān)控解決方案,。
ADuC7060/ADuC7061內(nèi)集成的ADC和其它模擬電路性能優(yōu)于其它集成模擬電路的微控制器競爭產(chǎn)品。與使用分立ADC和單獨微控制器的解決方案相比,，本電路堪稱性價比最高,、功耗最低、電路板面積最小的解決方案,。高度集成和低功耗特性,，使ADuC7060/ADuC7061能夠直接采用4 mA至20 mA應(yīng)用中的環(huán)路電源供電。如果ARM7內(nèi)核在640 kHz下工作,，主ADC有效并測量外部RTD溫度傳感器,，PWM控制4 mA至20 mA反饋電路，則整個電路的功耗典型值為3.15 mA,。有關(guān)功耗的詳細信息參見電路描述部分,。
圖1. ADuC7061控制4 mA至20 mA環(huán)路溫度監(jiān)控電路(原理示意圖，未顯示去耦和所有連接)
在溫度測量的間隙,，可以關(guān)斷ADC和RTD激勵電流源,，以進一步降低功耗。
100 Ω Pt RTD為Enercorp #PCS11503.1,。完整電路的精度高于±1°C,。此RTD的溫度范圍為?50°C至+130°C。它采用1206尺寸的SMD封裝,，溫度系數(shù)為0.385 Ω/°C,。
ADuC7060/ADuC7061內(nèi)部主ADC的峰峰值無噪聲碼分辨率大于18位?；赑WM的DAC輸出提供12位有效分辨率,。整個電路的性能將在電路描述部分討論,。
ADuC7061采用5 mm × 5 mm 32-LFCSP小型封裝，因此整個電路可以放在極小的PCB上,，從而進一步降低成本,。
電路描述
本電路由線性調(diào)節(jié)器 ADP1720 (可調(diào)版本)供電，它將環(huán)路電源調(diào)節(jié)至2.5 V,，用于ADuC7060/ADuC7061,、運算放大器 OP193和可選的基準(zhǔn)電壓源 ADR280 。
4 mA-20 mA反饋電路主要由ADuC7060的片內(nèi)16位PWM(脈沖寬度調(diào)制器)控制,。PWM的占空比通過軟件配置,，以控制47.5 ΩRLOOP電阻上的電壓，進而設(shè)置環(huán)路電流,。請注意，RLOOP上方連接到ADuC7060接地,，RLOOP下方連接到環(huán)路接地,。因此，ADuC7060/ADuC7061,、ADP1720,、ADR280和OP193所引起的電流，以及濾波PWM輸出所設(shè)置的電流,，均流經(jīng)RLOOP,。
VREF由1.2 V精密基準(zhǔn)電壓源ADR280提供?；蛘?，也可以配置ADuC7060/ADuC7061的片內(nèi)DAC來提供1.2 V基準(zhǔn)電壓，但使能內(nèi)部DAC會導(dǎo)致額外的功耗,。
R1與R2接點電壓可以表示為：
當(dāng)VIN = 0時,，將產(chǎn)生滿量程電流，此時VRLOOP = VREF,。因此,，滿量程電流為VREF/RLOOP，或者約為24 mA,。當(dāng)VIN = VREF/2,，無電流流動。
VIN時放大器OP193為高阻抗?fàn)顟B(tài),，不會構(gòu)成PWM濾波輸出的負載,。放大器輸出的變化幅度很小，僅約為0.7 V,。
量程極限(0 mA至4 mA和20 mA至24 mA)處的性能無關(guān)緊要;因此,，運算放大器不需要在電源軌時具有良好的性能,。
R1和R2的絕對值無關(guān)緊要。不過應(yīng)注意,，R1與R2的匹配度很重要,。
還應(yīng)注意利用ADuC7060/ADuC7061上ADC0的輸入通道測量VR12點電壓的可能性。此ADC測量結(jié)果可以用作反饋,，以便PWM控制軟件調(diào)整4 mA至20 mA電流設(shè)置,。
ADuC7060/ADuC7061的主ADC測量RTD上的電壓。RTD由片內(nèi)激勵電流源IEXC0激勵,。建議將激勵電流配置為200 μA以降低功耗,，測量間隙應(yīng)將其關(guān)閉。主ADC前端的內(nèi)部PGA增益配置為16或32,。RTD測量的基準(zhǔn)源可以是內(nèi)部基準(zhǔn)源或外部5.62 kΩ參考電阻,。選擇外部電阻可以進一步降低功耗。有關(guān)RTD與ADC接口和ADC結(jié)果線性化技術(shù)的詳細信息,，請參考應(yīng)用筆記AN-0970和電路筆記CN-0075,。
該電路的功耗要求取決于溫度監(jiān)控模塊是直接采用4 mA至20 mA環(huán)路電源供電，還是采用4線式有源環(huán)路供電(溫度監(jiān)控模塊采用獨立電源),。本文假設(shè)溫度監(jiān)控模塊采用環(huán)路電源供電,，因此該模塊的總功耗不應(yīng)超過約3.6 mA。
為支持低功耗運行,，可以對內(nèi)部POWCON0寄存器進行編程,，以降低ADuC7060/ADuC7061內(nèi)核的工作速度。其最高頻率10.28 MHz可以按2的冪(2至128)進行分頻,。測試期間使用的時鐘分頻值為16,，此時內(nèi)核速度為640 kHz。主ADC使能時,，增益為32,。PWM也可使能。所有其它外設(shè)均禁用,。
針對我們的電路和測試設(shè)置,，表1詳細列出了IDD的各項功耗，表2則列出了各種外設(shè)的功耗,。
圖2的DNL圖顯示：在4 mA至20 mA關(guān)鍵范圍內(nèi),，DNL典型值優(yōu)于0.6 LSB。這些測試在PWM輸出端采用二階濾波器,，并使用兩個47 kΩ電阻和兩個100 nF電容,，如圖1所示。
圖2. 電路的典型DNL性能
利用ADC測量點VR12和電路其它點的電壓，可以增強PWM輸出的性能,。這種反饋方法可以用于校準(zhǔn)PWM輸出,，以提供更高精度。
請注意,，PWM電路僅用來設(shè)置0 V至600 mV范圍內(nèi)的輸出電壓,，因此代碼數(shù)量得以減少。0以上的碼代表大于24 mA的值,，因而無關(guān)緊要,。