如何用一个高分辨率ADC和两个电阻来按比例测量RTD的电阻详细概述

　　精密电阻式温度检测器（Resistive Temperature Detector， RTD）测量是高性能热管理应用的关键。该应用笔记介绍如何用一个高分辨率  模数转换器（Analog-to-digital converter， ADC）和两个电阻来按比例测量 RTD 的电阻。在 RTD 的温度范围为 -200°C 至 +800°C 时使用单点校准，可以达到 ±0.1°C 的精度和 ±0.01°C 的测量分辨率。

　　高精度 ADC 非常适用于诸如工业仪表或者医疗仪器之类的高性能热管理应用。对于传统应用， RTD 由一个恒流源提供偏压， RTD 两端的压降通过一个仪表放大器进行信号的调理，这就需要多个电阻电容以及几个运算放大器和 / 或独立的仪表放大器。这种模拟测量技术需要低噪声且稳定的系统，来校准和精确地测量温度。还需要操作工在生产时进行优化。采用  ADC 方案时，RTD 直接连接 ADC（Microchip 的 MCP3551 系列 22 位  ADC），而一个小公差电阻用于从 ADC 的参考电压给 RTD 提供偏压（图 1），按比例精确测量温度。一个低压差线性稳压器 （Low Dropout Regulator， LDO）用于提供基准电压。

　　本解决方案采用一个共用的基准电压给 RTD 和 ADC 提供偏压，使 ADC 的分辨率和 RTD 温度分辨率之间形成固定的比例关系。只需一个偏压电阻 RA 即可设定测量分辨率的比例 （公式 1）。

　　例如， 2V 的 ADC 基准电压 （VREF）对应 1 µV/LSb （最低位）的分辨率。设置 RA = RB = 6.8 k 对应 111.6 µV/°C 的温度系数 （PT100 RTD 的温度系数为 0.385/°C）。这样在整个 20 至 320 或者 -200°C 至 +800°C 的整个范围内都达到 0.008°C/LSb 的温度测量分辨率。使用 0.1% 100 电阻进行单点校准可提供 ±0.1°C 的精度 （如图 1 所示）。

　　这种办法提供了一个需要最少校准的易于实现方案。然而，整个系统的精度取决于多个因素，比如 RTD 类型，偏置电路的公差及稳定性，由于功耗及自发热引起的误差，以及 RTD 的非线性。