Помехозащищённый процессор обработки сигналов термопар с гальванической развязкой

В статье описывается недорогая система измерения температуры на основе термопары, отличающаяся высокой устойчивостью к шумам и наличием гальванической развязки, изолирующей аналоговые цепи от цифровых. В отличие от традиционных решений, использующих аналоговую компенсацию холодного спая, в данном решении термопара подключается непосредственно к дифференциальным входам измерительного усилителя INA326. Такая конфигурация обладает преимуществом использования высокого (> 90 Дб) CMRR (коэффициента подавления синфазного сигнала) инструментального усилителя.

Термопара представляет собой простое устройство, состоящее из двух проводов из разных металлических сплавов, соединённых в одной точке. Точка, в которой соединяются провода, образует спай. Создаётся небольшое напряжение, пропорциональное разнице температур между закороченными и открытыми концами выводов термопары. В большинстве случаев это напряжение, обычно называемое коэффициент Зеебека, колеблется в пределах от 30 до 60 мкВ на °C, в зависимости от используемых металлов. Для термопар типа K это металлы никель/хром и никель, а коэффициент Зеебека составляет приблизительно 39,4 мкВ на °C.

Поскольку создаваемое термопарой напряжение пропорционально разнице температур между её выводами, необходимо точно знать температуру разъёма, через который термопара подсоединяется к измерительной системе. В данном конструктивном решении для измерения этой температуры используется платиновый резисторный датчик температуры (RTD).

Рис. 1

Датчик RTD PT100 подключается к отдельному измерительному усилителю (U2), настроенному на такой же коэффициент усиления, что и инструментальный усилитель, подключённый к термопаре (U1). Датчик PT100 обладает сопротивлением 100 Ом при 0 °C. Его сопротивление является линейной функцией температуры с коэффициентом 0,385% на °C. Напряжение Vtc, следовательно, является функцией температуры и тока через датчик RTD. Значение сопротивления резистора R1 (20 кОм) подбирается таким образом, чтобы температурный коэффициент напряжения Vpt совпадал с коэффициентом термопары типа K (39,4 мкВ на °C). Значение сопротивления резистора R2 задаётся равным значению R1, а значение сопротивления R3 задаётся равным 100 Ом, чтобы Vtc равнялось нулю при 100 °C.

Опорный входной сигнал на U1 позволяет легко суммировать Vpt (зависящее от температуры напряжение от платинового датчика RTD) и Vtc (зависящее от температуры напряжение от термопары).

tp = температура датчика (спая) в °C. ta = температура окружающей среды (карты) в °C. Vtc = создаваемое термопарой напряжение в мВ. V (PT100) 10,19 + 0,0395 ta (мВ). Vtc 0,0395 (tp – ta). Vpt = 100 (V (PT100) – 10,19) + 2048 2048 + 3,95 ta мВ. ADCVIN = 100 Vtc + Vpt 2048 + 3,95 (tp – ta) + 3,95 ta = 2048 + 3,95 ta (мВ).

Устройство ADS1244 — это 24-битный аналого-цифровой преобразователь с эффективным разрешением 20 бит (7,8 мкВ при подключении). Устройство DCR10505 — изолирующий первичные цепи от вторичных преобразователь постоянного напряжения в постоянное, с внутренним регулятором напряжения, обеспечивающий напряжение питания 5 В для аналоговых цепей. Два цифровых сигнала (выходных данных и тактовый) соединяют преобразователь ADS1244 с микроконтроллером ультранизкого потребления MSP430F122. Устройства ISО721Ms обеспечивают гальваническую развязку заземлений между аналоговыми и цифровыми цепями. Следует обратить внимание на то, что между заземлением аналоговых цепей (расположенных на рисунке слева от синей пунктирной линии) и заземлением цифровых цепей (расположенных справа от синей пунктирной линии) поддерживается электрическая изоляция.

Рис. 2. Образец платы

НОВОСТИ

Texas Instruments, Inc. представляет аудиоусилитель класса D с повышающим преобразователем и выходной мощностью 1,5 Вт

Поддерживает уровень громкости во всём диапазоне изменения напряжения батареи питания для улучшения характеристик портативных аудиоустройств.

Корпорация Texas Instruments представила интегральный усилитель класса D со встроенным повышающим преобразователем для портативных приложений, включая беспроводные телефоны, персональные навигационные устройства, портативные игровые приставки и беспроводные акустические системы. Адресованный к потребностям более громкого звучания и более высокой выходной мощности от акустических систем, TPA2014D1 обеспечивает до 1,5 Вт на нагрузке 8 Ом. При этом гарантируется, что уровень громкости будет поддерживаться, когда батарея разрядится до минимального уровня напряжения.

Традиционные усилители класса D для портативных устройств разработаны для обеспечения высокой выходной мощности, которая зависит от величины напряжения батареи. Когда батарея разряжается, максимальная выходная мощность уменьшается, вызывая снижение громкости и увеличение искажений. TPA2014D1 обеспечивает более высокую постоянную выходную мощность во всём диапазоне напряжений литийионной батареи, поддерживая уровень громкости, даже когда батарея разряжена. Вдобавок TPA2014D1 имеет суммарный коэффициент полезного действия 85%, который продлевает время жизни батареи и увеличивает продолжительность разговора/воспроизведения.

Дополнительные свойства прибора улучшают характеристики портативных аудиоустройств. TPA2014D1 характеризуется широким диапазоном напряжения питания от 2,5 до 5,5 В и очень высокой степенью подавления помех по питанию (PSRR) до 91 dB, что упрощает разработку источников питания и допускает прямое подключение к батарее без какоголибо ухудшения качества звучания. TPA2014D1 включает интегрированный контур фазовой автоподстройки частоты (PLL), который синхронизирует тактовые частоты усилителя класса D и повышающего преобразователя для уменьшения потенциальной возможности биения звуковых частот.

www.ti.com/tpa2014d1-pr