基于鉑電阻的惠斯通電橋溫度傳感器的應用研究
基于鉑電阻的惠斯通電橋溫度傳感器的應用研
究
摘要：溫度傳感器應用非常廣泛，從工業生產溫度監控到生活家電溫度監測處處存在?；阢K
電阻的惠斯通電橋溫度傳感器因其可測范圍寬而被廣泛應用。由于集成電路系統功能越來越豐
富，對于溫度傳感器的讀出電路如果輸出數字表征量，系統可以簡單讀取即可得到被測物品或
者環境的溫度，大大簡化了系統設計。本文利用開關電容放大器，將惠斯通電橋溫度傳感器輸
出的弱電壓信號放大，然后經過 Sigma Delta ADC 和數字濾波器轉換成數字信號，最后通過
I2C 輸出 16 bit 的精確表征溫度的數字信號。設計時先采用 Matlab 建模，得到 sigma delta ADC
的系數，然后采用 SMIC 0.18μm 工藝實現具體電路，芯片供電電源 3.3 V。仿真結果表明，輸
出的數字信號能精確地表征絕對溫度值。
關鍵詞：惠斯通電橋; 鉑電阻; 溫度傳感器; 開關電容放大器; Sigma Delta ADC;
Abstract：Temperature sensors are widely used, ranging from industrial production temperature
monitoring to household appliances temperature monitoring. Wheatstone bridge temperature sensor
based on platinum resistance is widely used because of its wide measuring range. As the function of
integrated circuit system is more and more abundant, if the readout circuit of temperature sensor
outputs digital signal, the system can simply read the temperature of the object or environment to be
measured, which greatly simplifies the system design. In this paper, a switched capacitor amplifier is
used to amplify the weak voltage signal from Wheatstone bridge temperature sensor, and then
converted into digital signal through sigma delta ADC and digital filter. Finally, a 16 bit digitalized
temperature signal is output by I2C. In the design, MATLAB is used to finish the system design and
get the coefficient of sigma delta ADC. Then the real circuit based on SMIC 0.18 um technology is
realized with cadence software. The readout circuit adopts 3.3 V power supply. The simulation results
show that the output digital signal can accurately characterize the absolute temperature value.
引言
鉑電阻溫度傳感器（RTD）是利用金屬鉑在溫度變化時自身電阻值也隨之改變的特性來測量溫
度，RTD 是最精確和最穩定的溫度傳感器，它的線性度優于熱偶和熱敏電阻。但 RTD 也是最
慢和最貴的溫度傳感器。因此 RTD 最適合對精度有嚴格要求，而速度和價格不太關鍵的應用
領域。鉑電阻溫度傳感器具有極佳的可互換性和長期穩定性，廣泛應用于氣象和環保等部門。
但是由于鉑電阻溫度傳感器輸出電阻較大，而且其靈敏度約 0.24%/℃。本文根據系統需要，目
標溫度測量范圍-40～120℃，設計一款高阻輸入、數字化輸出的讀出電路，主要包括能有效接
收溫度傳感器的輸出的微弱電壓的高阻輸入放大器，放大其幅度以便滿足后續的模數轉換電路
（ADC）的輸入范圍，然后又 ADC 轉換為數字信號通過標準接口 I2C 輸出給系統。該讀出電
路的關鍵參數包括放大器的高阻輸入、等效輸入噪聲、輸入失調、增益誤差以及整體芯片輸出
絕對精度[1]等。
1 溫度傳感器讀出電路設計
1.1 讀出電路的系統設計
用于惠斯通電橋的溫度傳感器系統框圖如圖 1所示，整個系統包括基于鉑電阻的惠斯通電橋傳
感器和溫度傳感器讀出電路。溫度傳感器讀出電路主要由 SC
AMP[2]、ΣΔADC、Filter、I2C、Bandgap 和OSC 組成。SC AMP 將傳感器輸出的較小的模擬
電壓放大到 ΣΔADC 的滿幅輸入范圍，這樣有助于最大程度的利用 ADC 的動態范圍。ΣΔADC
將模擬量轉換為數字量，最后通過 I2C 輸出。OSC 為整個電路提供時鐘，Bandgap 為模擬提供
偏置。
圖1 惠斯通電橋溫度傳感器系統框圖
電橋 R1=3.5kΩ，Rt 為鉑電阻，阻值 500Ω，其溫度系數 0.24%/℃。R0 取Rt 一樣的電阻值，但
是其溫度系數應該至少比 Rpt 小一個數量級。在-40～120℃范圍內，VRP-VRN 取3.3 V，電橋
摘要：
展開>>
收起<<
基于鉑電阻的惠斯通電橋溫度傳感器的應用研究摘要：溫度傳感器應用非常廣泛，從工業生產溫度監控到生活家電溫度監測處處存在?；阢K電阻的惠斯通電橋溫度傳感器因其可測范圍寬而被廣泛應用。由于集成電路系統功能越來越豐富，對于溫度傳感器的讀出電路如果輸出數字表征量，系統可以簡單讀取即可得到被測物品或者環境的溫度，大大簡化了系統設計。本文利用開關電容放大器，將惠斯通電橋溫度傳感器輸出的弱電壓信號放大，然后經過SigmaDeltaADC和數字濾波器轉換成數字信號，最后通過I2C輸出16bit的精確表征溫度的數字信號。設計時先采用Matlab建模，得到sigmadeltaADC的系數，然后采用SMIC0.18μ...
相關推薦
-
全自動植樹機設計結構設計(機械畢業設計+說明書+全套CAD）
2022-11-22 742 -
基于PLC的快遞分揀系統
2022-11-23 999+ -
基于plc的B2012A 型龍門刨床控制電路設計(機械畢業設計+說明書+CAD）
2022-12-07 197 -
基于plc的全自動植樹機設計(機械畢業設計+說明書+全套CAD）VIP專免
2022-12-08 763 -
飼料生產自動配料稱重系統設計(機械畢業設計+說明書+全套CAD）
2023-01-01 221 -
計算機輔助W型往復式活塞壓縮機設計(機械畢業設計+說明書+全套CAD）
2023-02-05 285 -
金屬粉末成型液壓機PLC設計(機械畢業設計+說明書+全套CAD）
2023-02-06 633 -
基于PLC的地鐵屏蔽門控制系統設計
2023-07-14 327 -
基于plc的物料分揀系統-自動分揀及區分PLC控制系統設計
2023-12-12 254 -
基于PLC的啤酒加工流水線控制系統設計-自動化論文資料
2024-06-19 187
作者：聞遠設計
分類：非標機械電氣自動化
價格：免費
屬性：3 頁
大小：19.75KB
格式：DOCX
時間：2023-05-19
