模數轉換器MS5193ET應用資料.pdf
瑞盟 MS5193T 模數轉換器
MS5193ET 為三通道、低 RMS 噪聲、低功耗(典型值為 380uA)24 位∑- ΔADC ,ADC 內置片內儀表放大器和基準電壓源。MS5193ET 用於對溫度控製精度要求極高、使用環境苛刻 的科學研究、航天航空、生物醫藥、精密儀器等領域,完全兼容 ADI 的 AD7793 。高精度溫 控儀基於 PT1000 、MCU 、MS5193ET 作為核心芯片,具有精度高、結構簡單、體積小、穩定性 好、成本低廉的特點。
MS5193ET 內部框圖如圖所示,具有以下特點:
● 轉換精度高,24 位數據精度輸出;
● 芯片集成度高,內置 24 位∑- Δ調製器、緩沖器、基準電壓源、恒流源、儀表放大器、 片內數字濾波器;
● 3 個差分模擬輸入通道,可以被配置為緩沖模式和無緩沖模式;
● 接口電路要求低,可以直接接收來自應變器或傳感器的模擬量輸入;
● 分辨率高、RMS 噪聲很低,因此對前端的抗混疊濾波器的要求也大大降低,一個簡單的 RC 低通濾波器就足夠了;
● 該芯片具有零電平校準、滿量程校準功能,可以消除零點誤差、滿量程誤差及溫度漂移 的影響
● 三線 SPI 接口,通過 MCU 靈活控製和配置 MS5193ET 片內寄存器,實現對芯片的控製;

MS5193ET內部框架圖
MS5193ET 的芯片應用,接口電路如圖所示:
根據系統的測量精度和控製精度要求,選擇 RTD 傳感器、PT1000 作為測溫傳感。PT1000 具有良好的長期穩定性、線性度好、響應時間短,測試電流在允許值範圍內, 自熱系數小, 滿足系統的技術要求。PT1000 傳感器對於溫度的變化輸出一般是微伏級的微弱信號,但 MS5193ET 具有完整的模擬前端功能,內部集成了低噪聲儀表放大器,且可以設置增益,因而 可以直接輸入測量傳感器輸出的微弱信號,輸入信號通過低通濾波後進入 MS5193ET 的模擬輸 入端。

MS5193ET 接口電路圖
RTD 傳感器 PT1000 電阻接線主要有三種方式:二線製、三線製和四線製。它們的主要 區別在於,由於引線電阻的存在,則不同的測溫方式得到的測量精度不同,應視使用場合的 要求高低而定。二線製精度較低,無法消除線路電阻的影響,環境溫度的變化對其影響很大, 近距離可以使用;三線製是工業應用中的主流,多一根線主要消除導線電阻的影響,采用惠 斯頓平衡電橋,適合遠距離傳輸。四線製應用較少,但精度高,能補償由導線引起的誤在高 精度測量中廣泛應用。
對於 AD7793 的 ∑-△ADC 來講,參考源的選擇必須滿足低噪聲、溫漂小的要求。雖然已 經內置了電壓參考源,無需外接參考源,但為了滿足高精度測量的要求,使用了高精度標準 參考電阻(0.2ppm/℃) ,采用比例測量法,應用這種方法,激勵源中的噪聲會被抵消掉。

簡要分析:
(1)只需一路恒流源【IOUT1】,與 RTD 導線 1 連接,用於提供 RTD 電流源;
(2)導線 2 與基準源電阻串聯,作電流導流;
(3)導線 1 、導線 2 分別與檢測端【AIN1(+)】和【AIN1(-)】連接;
(4)【Re】為低溫漂、精密電阻,其產生的壓差用作 ADC 參考源;該電阻的精度直接決 定測量精度;

簡要分析:
(1)使用恒流源【IOUT1】和【IOUT2】分別連接至 RTD 導線 1 和導線 2;
(2)【IOUT1】和【IOUT2】匹配,如果導線長度、材料相同,則可以消除檢測端【AIN1(+)】 和【AIN1(-)】導線帶來的誤差;
(3)導線 3 用作導流;
(4)【Re】為低溫漂、精密電阻,其產生的壓差用作 ADC 參考源;該電阻的精度直接決定 測量精度;

簡要分析:
(1)只需一路恒流源【IOUT1】,與 RTD 電流線 1 連接,用於提供 RTD 電流源
(2)測量線分別與檢測端【AIN1(+)】和【AIN1(-)】連接
(3) 電流線 4 與【REFIN(+)】連接,並與參考源電阻【Re】串聯
(4)【Re】為低溫漂、精密電阻,其產生的壓差用作 ADC 參考源;該電阻的精度直接決定 測量精度。
總結:
通過內部校準和系統校準可消除零點誤差、滿量程誤差及溫度漂移的影響;四線製恒流 源驅動 PT1000 鉑電阻,有效克服了導線電阻和自熱效應對測量精度的影響; 內部算法大大 提高了溫控精度和穩定度,使得系統的溫控誤差優於 0.1℃。