24位ADC在热电偶测温中的应用

　　热电偶由于价格便宜、测量精度高、工作温度范围宽、构造简单、使用方便等优点，应用范围非常广。ITS-90中列出了如下8种最常见的热电偶类型及其测量温度范围。

　　在热电偶应用中，信号处理电路需要处理非常微弱的电压信号，以常用的K型热电偶为例，当测量-270℃温度时对应输出电压-6.458mV，测量1372℃温度时对应输出电压54.886mV，整个测量范围内温度每变化1℃，输出电压变化40uV。由于热电偶输出电压信号微弱，信号处理电路一般需要较大的增益，同时由于引线较长，往往会在信号上叠加较大的共模干扰噪声。因此信号采集处理的时候就需要，在提取并放大差分信号的同时，尽量抑制共模噪声对被测差分信号的影响。

　　传统的处理方法是，采用差分放大电路或者仪表放大器来处理热电偶输出信号，利用电路的高CMRR提取差分信号并滤除共模噪声，然后再放大到合适的输入范围进行10-12bit的AD采样，其存在的缺点是价格不菲，同时对工程师的模拟电路设计能力及调试能力有相当高的要求。

　　另一种可选的办法是，选用差分输入的24bit ADC对信号进行直接采样，由于差分ADC的测量信号为Vp-Vn，天然具有差分信号的提取能力及共模噪声抑制作用，同时可以大大简化模拟电路的设计，对工程师十分友好。

　　如下参考设计中工程师选用了AS1412进行K型热电偶的温度测量，AS1412是原子半导体的24bit ADC，其内置的PGA最高可达128倍，可以有效放大输入的差分信号，设计中外围电路包含了必要的抗混叠滤波器设计、以及用于偶丝开路监测的偏置电路等，另外，这个参考设计充分利用了AS1412内置的温度传感器进行冷端补偿温度测量，冷端补偿算法和线性拟合算法参考了ITS-90的分度表和多项式进行设计。

　　如下为参考设计的实物板卡及测量Fluke 714热电偶校准器输出时的连接图。在室温条件下测量并记录如下实测结果，表明在如下表格范围内得到的测量误差小于±0.2℃。

 

　　参考资料：ITS-90 Thermocouple Database， Web Version 2.0 （nist.gov）

　　作者：叶益浩，原子半导体产品经理