現(xiàn)場發(fā)送器：德州儀器 （TI） 的溫度傳感器解決方案

設(shè)計注意事項

溫度傳感器用于測量溫度，在工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用中用途廣泛。測量溫度使用的是 RTD（耐高溫器件）、熱敏電阻或熱電偶。

方框圖

RTD 和熱敏電阻利用了電阻根據(jù)溫度變化的特性，以測量元件間的壓降并計算溫度。熱電偶是兩個不同金屬物間的結(jié)點，此結(jié)點會生成與溫差相關(guān)的電壓，這就是塞貝克效應(yīng)。應(yīng)將環(huán)境溫度加到計算出的溫差中，以測量實際溫度。環(huán)境溫度的測量過程稱為冷端補償。

溫度發(fā)送器有兩種類型。傳統(tǒng)現(xiàn)場發(fā)送器作為工業(yè)控制環(huán)路的一部分由線路供電或回路供電，而無線或手持溫度傳感器由電池供電。

激勵技術(shù)： 作為無源元件的 RTD 和熱敏電阻需要電流激勵源來進行測量。高度穩(wěn)定、精確匹配且低漂移的電流源對于 3 線 RTD 測量至關(guān)重要。TI 的溫度傳感器前端具有高精度片上電流源。可以使用高精度片上溫度傳感器來完成熱電偶測量中針對冷端補償?shù)臏蚀_環(huán)境溫度測量。這種 TI 溫度測量模擬前端是單芯片解決方案，可提供 RTD、熱敏電阻和熱電偶測量所需的各種信號調(diào)節(jié)。

信號調(diào)節(jié)/信號采集和處理：溫度傳感器的輸出范圍非常小，因此必須在處理前放大信號以防止引發(fā)錯誤。信號鏈必須精確處理有噪音的小信號。TI 的溫度傳感器前端將輸入多路復(fù)用器、高阻抗 PGA 和高分辨率 Σ-Δ 調(diào)制器全部集成在單芯片上。低噪聲截波穩(wěn)定型 PGA 可根據(jù)傳感器輸出的大小提供所需的增益調(diào)節(jié)功能。高端產(chǎn)品還集成了系統(tǒng)診斷和故障監(jiān)控等功能。MCU 中還可以實施更高級別的系統(tǒng)校準。

接口與通信：傳統(tǒng)模擬 （4 - 20mA） 接口一直是工業(yè)控制和傳感器應(yīng)用的常見選擇。其它常見協(xié)議包括 HART、Profibus 和 IO-Link。TI 的 IO-Link 接口產(chǎn)品集成了穩(wěn)壓器和診斷輸出。此外，基于 IEEE 802.15.4 協(xié)議的無線選項越來越流行。TI 致力于同時為傳統(tǒng)和新興工業(yè)接口提供解決方案。

電源管理： 現(xiàn)場發(fā)送器可以采用三種供電方式。線路供電發(fā)送器通常由 12V 或 24V 的電壓軌供電。回路供電發(fā)送器由 4-20mA 回路供電。此類發(fā)送器要求極低功耗的架構(gòu)，因為整個解決方案都要由回路供電。TI 提供具有低靜態(tài)電流和低輸出波紋的高效降壓轉(zhuǎn)換器，適用于線路供電和回路供電發(fā)送器。電池供電發(fā)送器可設(shè)計使用 TI 的低功率降壓轉(zhuǎn)換器和降壓/升壓轉(zhuǎn)換器。DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器可以在很大的電池電壓范圍內(nèi)提供 95% 以上的效率，同時輸入電壓可降至 1.8V，從而延長電池壽命。專門的降壓/升壓轉(zhuǎn)換器可生成所需的穩(wěn)定輸出電壓，可在輸入電壓過高或過低的情況下提供恒定電流，同時支持各種電池配置。