基于VI转换芯片LTS117的温度变送器方案分享

一、前言

温度变送器的工作原理基于热电效应和温度传感器的特性，常见的温度传感器包括热电偶、热阻（RTD）和热敏电阻，这些传感器能够检测温度变化并生成相应的电信号。变送器则将这些信号转换为标准信号（如 4-20 mA 或 0-10 V），以便于后续的处理和分析。此外4-20 mA传送作为一种成熟的信号传输方式，其高抗干扰性、故障检测能力、易于布线和广泛的行业适应性，使其在工业自动化及过程控制中得到了广泛应用。下面为大家带来先积集成的一款芯片—LTS117，以此芯片的信号变送应用为例，讲解温度传感器的变送。

二、电路设计

温度变送电路包括三部分，即信号采集（恒流源采集热敏电阻电压）、数字处理（将模拟电压通过MUC数字处理转化为PWM）、信号变送（将PWM信号转化为模拟电压，通过LTS117线性转换为4—20mA电流变送输出）

1.信号采集（恒流源采集铂电阻PT100/PT1000两端的电压）

采用基准电源+高性能运放（LTC8552XV8/R6）方案等到两路对称的恒流源，其电流大小为：I = ≈ 208uA，通过IOUT1和IOUT2输出到传感器模块进行信号采集。

通常J3与J4会引出外接串联一个铂电阻温度探头（PT100/PT1000），用于检测外界温度变化，从而引起J3与J4之间串联的铂电阻阻值变化，通过IOUT1和IOUT2两路恒流源差分采集铂电阻两端电压，通过AIN1_P和AIN_N输出给MUC进行处理，R4的作用为抬升采集电压实现精确采集。

2. 数字处理（将模拟电压通过MUC数字处理转化为PWM）

将铂电阻两端压降通过AIN1_P和AIN2_N端口输入MCU进行数字处理，线性转化为PWM信号输出，并且进行非线性校正，同时所采集到的温度数据和电流数据可以通过串口传输到PC端（这里通过串口实时反馈数据，我们可以和后面测试环节的数据进行校准，看看是否存在出入）。

串口通信电路，采用USB转串口对MCU通信，对采集到温度数据和最终变送的电流数据进行监测。

3. 信号变送（将PWM信号转化为模拟电压，通过LTS117线性变送为4—20mA电流变送输出）

上半部分DCDC降压模块，将输入9-30V电压转化为3.0V给MCU供电，再通过LDO降压至2.8V给模拟电路供电，MCU输出的PWM经过反相器反向（修证方向的同时，引来自LTS117的2.5V基准）通过二阶RC滤波电路将PWM方波转化为直流电平（根据PWM波的频率采用合适的阻值和容值，f=1/(2π×RC)），其中直流电压大小为：VPWM= REF_2V5×Duty(PWM的占空比)输入给LS117线性输出4-20mA用于工业变送或传感器信号变送。相比于传统运放方案来实现V/I转换，LTS117可以做到，小体积、高集成度、低成本、高性能（输出电流误差：< 0.05% 、输出电流线性度误差 <0.1%）和高可靠性，同时支持2.5V基准输出。

LTS117:是一个两线制V/I转换器，主要用来匹配运放方案实现的V/I电路，SOIC-8的封装体积，以及小体积版本的MSOP-8封装，较运放方案具有极大的成本及面积优势。输出电流由IIN决定,公式： IOUT = 100×IIN。满足一些用户对于4-20mA的低成本、高性能的要求。此外，LTS117还支持2.5V/4.096V基准输出.

4. PCB+3D图

5. BOM物料表

BOM中的先积集成芯片：

1. LTS117 *1

2. LTC8552XV8/R6 *2

三、测试拟合温度电流曲线结果

四、总结

本文，以LTS117为例，讲解温度传感器的信号变送过程和变送机理，同时展示出LTS117相比于传统运放变送方案的优势，低成本，高精度，小体积，高可靠性；以理论电路结合实物测试的方式展示温度传感器的原理和变送基本流程。

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审核编辑 黄宇