利用精密模拟微控制器ADuCM360和外部热电偶构建基于USB的温度监控器

本电路显示如何在精密热电偶温度监控应用中使用精密模拟微控制器ADuCM360/ADuCM361.ADuCM360/ADuCM361集成双通道24位-型模数转换器(ADC)、双通道可编程电流源、12位数模转换器(DAC)、1.2 V内部基准电压源、ARM Cortex-M3内核、126 kB闪存、8 kB SRAM以及各种数字外设，例如UART、定时器、SPI和I2C接口等。

在本电路中，ADuCM360/ADuCM361连接到一个热电偶和一个100 铂电阻温度检测器(RTD)。RTD用于执行冷结补偿。

在源代码中，ADC采样速率选择4 Hz.当ADC输入可编程增益放大器(PGA)的增益配置为32时，ADuCM360/ADuCM361的无噪声代码分辨率大于18位。

利用精密模拟微控制器ADuCM360和外部热电偶构建基于USB的温度监控器 (CN0221) 图1. ADuCM360/ADuCM361用作温度监控控制器与热电偶接口(原理示意图，未显示所有连接)

 ADuCM360/ADuCM361用作温度监控控制器与热电偶接口(原理示意图，未显示所有连接)

电路描述

本应用中用到ADuCM360/ADuCM361的下列特性：

在软件中，为热电偶和RTD配置了32倍PGA增益的24位∑-△型ADC.ADC1在热电偶信号采样与RTD电压信号采样之间连续切换。

可编程激励电流源，用来驱动受控电流流经RTD.双通道电流源可在0A至2mA范围内配置。本例使用200A设置，以便将RTD自热效应引起的误差降至最小。

 ADuCM360/ADuCM361中的ADC内置1.2V基准电压源。它的内部基准电压源精度高，适合测量热电偶电压。

ADuCM360/ADuCM361中的ADC内置外部电压基准电压源。它可测量RTD电阻;采用比率式设置，将一个外部基准电阻(RREF)连接在外部VREF+和VREF引脚上。

偏置电压发生器(VBIAS)。VBIAS用于将热电偶共模电压设置为AVDD/2.

 ARMCortex-M3内核。功能强大的32位ARM内核集成了126kB闪存和8kBSRAM存储器，用来运行用户代码，可配置并控制ADC,通过RTD处理ADC转换，以及控制UART/USB接口的通信。

UART用作与PC主机的通信接口。

两个外部开关用来强制该器件进入闪存引导模式。使SD处于低电平，同时切换RESET按钮，ADuCM360/ADuCM361便进入引导模式，而不是正常的用户模式。在引导模式下，通过UART接口可以对内部闪存重新编程。

热电偶和RTD产生的信号均非常小，因此需要使用PGA来放大这些信号。

本应用使用的热电偶为T(铜-康铜)型，其温度范围为?200°C至+350°C.灵敏度约为40V/°C,这意味着ADC在双极性模式和32倍PGA增益设置下可以覆盖热电偶的整个温度范围。

RTD用于执行冷结补偿。本电路使用铂100ΩRTD,型号为Enercorp PCS 1.1503.1.它采用0805表贴封装。温度变化率为0.385Ω/°C.

注意，基准电阻RREF应为精密5.6kΩ (±0.1%)电阻。

ADuCM360/ADuCM361的USB接口通过FT232R UART转USB收发器实现，它将USB信号直接转换为UART.

除图1所示的去耦外，USB电缆本身还须采用铁氧体磁珠来增强EMI/RFI保护功能。本电路所用铁氧体磁珠为Taiyo Yuden #BK2125HS102-T,它在100 MHz时的阻抗为1000Ω。

本电路必须构建在具有较大面积接地层的多层印刷电路板(PCB)上。为实现最佳性能，应采用适当的布局、接地和去耦技术(请参考教程MT-031--实现数据转换器的接地并解开"AGND"和"DGND"的谜团、教程MT-101--去耦技术、以及ADuCM360TCZ评估板布局)。