简介

您是否想过如何设计一个具有高电磁兼容性(EMC)性能的精密温度测量系统？本文将讨论精密温度测量系统的设计考虑因素，以及如何在保持测量精度的同时提高系统的EMC性能。我们将以RTD温度测量为例介绍测试结果和数据分析，以便我们能够轻松地从概念开发出原型和产品并走向市场。

精密温度测量和EMC挑战

温度测量是模拟领域中最常用的一项检测技术。许多测量技术可用来检测环境温度。热敏电阻是一种小尺寸且简单的2线制方案，具有快速响应时间，但其非线性和有限的温度范围限制了其精度和应用。RTD是最稳定、最精确的温度测量方法。RTD设计的难点在于需要外部激励、复杂电路和校准。没有温度测量系统开发经验的工程师可能会气馁。热电偶(TC)可以提供坚固耐用、便宜、不同测量范围的解决方案，但完整的热电偶测温系统需要冷端补偿(CJC)。与热敏电阻、TC和RTD相比，新型的数字温度传感器可以直接通过数字接口提供校准的温度数据。精密温度测量需要高精度温度传感器和精密信号链来构成一个温度测量系统。TC、RTD和数字温度传感器的精度最高。精密信号链器件是可以获得的，可用来收集这些传感器信号并将其转换为绝对温度。在工业领域，达到0.1°C的精度是我们的目标。这种精度测量不包括传感器误差。表1比较了不同类型的温度传感器。

RTD温度测量解决方案

以LTC2983温度测量AFE为例。系统控制器可以通过SPI接口直接从LTC2983读取校准的温度数据，精度为0.1°C，分辨率为0.001°C。连接4线RTD时，激励电流旋转功能可以自动消除热电偶的寄生效应，并降低信号电路漏电流的影响。基于这些特性，LTC2983可以加速多通道精密温度测量系统的设计，实现高EMC性能而无需复杂的电路设计，让您和您的客户更有信心。图2显示了EMC保护的LTC2983温度测量系统框图。

2线和3线RTD传感器还可以在PCB上使用开尔文配置。当需要将限流电阻和RC滤波器添加到信号链路以保护器件的模拟输入引脚时，这些额外的电阻会引入很大的系统失调。例如，用4线开尔文配置取代2线保护电路可以帮助消除该失调，因为激励电流不会流过这些限流电阻和RC滤波器，保护电阻引起的误差可以忽略不计（参见图4）。欲了解更多信息，请参阅LTC2986数据手册。

正常工作条件下，TVS器件表现出很高的对地阻抗。将一个大于TVS击穿电压的瞬变电压施加于系统输入端时，一旦TVS被击穿，输入端电压就会被箝位并提供低阻抗接地路径，将瞬变电流从输入端转移到地。

图2所示为3线PT-1000保护电路。3线PT-1000通过三个相邻通道连接到LTC2983，其受到SMAJ5.0A TVS和100Ω限流电阻的保护。限流电阻和下游电容形成低通滤波器，以尽可能多地消除输入线路中的RF成分，使每条线路和地之间的交流信号保持平衡，并在测量带宽上维持足够高的输入阻抗以避免加载信号源2。差分模式滤波器的-3 dB带宽为7.9 kHz，共模滤波器的-3 dB带宽为1.6 MHz。

该温度测量系统依据IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-3、IEC 61000-4-4、IEC 61000-4-5和IEC 61000-4-6标准进行了测试。在这些测试下，系统必须正常工作并提供精确的温度测量。被测传感器是B类3线PT-1000，其使用约10 m长的屏蔽线。

表3列出了IEC 61000-4-x抗扰度测试项目、测试电平和系统受EMI事件干扰时的温度波动。图6显示了测试时的输出温度数据曲线，其对应于表3中的最大温度波动。

增加保护后的温度测量精度

TVS和限流电阻有助于保护温度测量系统不受EMC影响。箝位电压越低的TVS，越能保护敏感电路。但反过来，它们可能产生系统误差。为了应对这种情况，我们必须使用具有更高击穿电压的TVS，因为更高的击穿电压意味着在正常工作电压下漏电流更少。TVS漏电流越低，则给系统增加的误差越小。

作者简介

Jon Geng于2018年加入ADI公司，现为中国核心应用中心的应用工程师。他的专业领域是开关、MXU、基准电压源、温度传感器和烟雾检测。Jon于2018年从贵州大学获得机械工程硕士学位，于2015年从河北师范大学获得电子工程学士学位。

Li Ke是位于爱尔兰利默里克的自动化与能源事业部的系统应用工程师。Li于2007年在中国上海加入ADI公司，担任精密转换器产品线产品应用工程师。此前，他曾在Agilent Technologies公司的化学分析部门担任过四年的研发工程师。他于1999年获得西安交通大学电子工程学士学位，并于2003年获得西安交通大学生物医学工程硕士学位。

Karl Wei于2000年加入ADI公司，现为中国核心应用团队的系统应用经理。他的专业领域是工业应用中的精密信号链。此前，他在IC测试开发工程和营销领域工作了8年。他于1992年毕业于哈尔滨工业大学，获得电气工程硕士学位。