對于各種各樣的產品，制造過程需要高度精確和可靠的溫度測量技術。溫度通常通過與傳感器的直接接觸來測量，例如，通過將傳感器浸入液體中或通過與機器表面接觸來測量。除熱敏電阻和熱電偶外，電阻溫度檢測器（RTD）還特別適合，因為它們具有快速響應時間和高達幾百μV/°C的出色靈敏度。 它們還可用于在–200°C至+800°C的極寬范圍內進行測量，具有近乎線性的行為。RTD 有多種版本可供選擇，例如 2、3 或 4 線，提供高度的應用靈活性。

為了產生測量電壓，RTD需要一個激勵電流。根據RTD類型的不同，電壓電平從幾十到幾百毫伏不等。測量系統的精度不僅取決于溫度傳感器，還取決于選擇合適的測量儀器、系統配置以及測量電路類型。根據導線數量，RTD 傳感器可用于 2 線、3 線或 4 線測量電路。這些不同測量電路的比較如圖1所示。

圖1.2線、3線和4線測量值的比較。

在2線測量電路中，為RTD提供激勵電流（I）的兩根線也用于測量傳感器電壓。由于傳感器電阻低，即使是相對較低的導線電阻RL也會產生相對較高的測量誤差。在 3 線或 4 線測量系統中，由于傳感器激勵通過單獨的導線發生，并且傳感器的測量導線直接放置在通常具有高阻抗的測量設備輸入端上，因此可以將該誤差降至最低。

不幸的是，由于RTD兩端的壓降很低，信號很容易產生噪聲。因此，應盡可能避免使用長測量線。通過放大盡可能靠近信號源或RTD的電壓，可以降低噪聲。此外，應使用具有良好信噪比（SNR）的靈敏模數轉換器（ADC）進行進一步的數據處理。Σ-Δ型ADC（如ADI公司的AD7124系列）提供完全集成的24位低噪聲模擬前端（AFE），非常適合高精度測量應用。輸入可選擇性地配置為差分或單端/偽差分輸入。AD7124系列還集成數字濾波器和可編程放大器級，非常適合低壓應用。圖2所示電路顯示了使用AD7124的4線測量配置示例。

圖2.采用AD7124的4線RTD溫度測量配置

AD7124上的模擬引腳AIN2和AIN3配置為差分輸入，用于測量RTD電壓。RTD的激勵電流在內部從模擬電源電壓AVDD汲取，并通過AIN0供電。激勵電流同時流過基準電阻R。參考文獻1，用作精密電阻器，引起壓降，然后通過參考引腳 REFIN1（+） 和 REFIN1（–） 檢測。產生的壓降與RTD兩端的壓降成正比。這種比率式配置可確保激勵電流的變化不會影響整體系統精度。R參考文獻2由于ADC的有源內部模擬緩沖器，產生正常工作所需的失調電壓。在模數轉換之前，需要緩沖器對讀數進行濾波，從而提供抗混疊和降低噪聲。或者，也可以將所有模擬輸入和參考輸入與分立RC濾波器連接。使用AD7124，在開始測量之前，校準測量系統（零量程和滿量程校準）以最小化增益和失調誤差也很容易。

結論

使用AD7124系列等AFE，RTD溫度測量系統可以相對容易地實現。它們提供了高精度、低功耗和低噪聲的良好組合，適用于高精度測量應用和節能便攜式設備。此外，這些ADC的集成度和靈活性簡化了設計架構，有助于縮短使用不同類型傳感器的測量應用（例如溫度、電流、電壓等）的設計周期。

審核編輯：郭婷