温度，所有人都很熟悉，但却难以准确 测量 。在现代电子产品时代到来之前，伽利略（Galileo）发明了能够检测温度变化的基本温度计。两百年后，席贝克（Seebeck）发现了热电偶，这种器件能够产生以不同金属的温度变化率为函数的电压。如今，利用热电偶以及受温度影响的 电阻 元件（RTD和热敏 电阻器 ）和半导体元件（ 二极管 ）以电子方式测量温度已较普遍。尽管从这些组件获取温度的方法已为大家熟知，但是以好于0.5℃或0.1℃的准确度测量温度依然富有挑战性。
要数字化这些基本 传感器 元件， 就需要专门的 模拟电路 设计、 数字电路 设计和固件开发技术。LTC2983将这些专门技术整合到单一IC中，解决了与热电偶、RTD、热敏电阻器以及二极管有关的每一种独特挑战。该器件整合了每种类型传感器所必需的模拟 电路 和温度测量算法以及线性化数据，以直接测量每种传感器，并以℃为单位输出测量结果。
热电偶概述
热电偶产生的电压是热电偶尖头（热电偶温度）和 电路板 上电气连接点（冷接点温度）之间温差的函数。为了确定热电偶温度，需要准确测量冷接点温度，这种方法即大家熟知的冷接点补偿。冷接点温度通常由单独放置在冷接点处的 温度传感器 （非热电偶）确定。LTC2983允许二极管、RTD和热敏电阻器作为冷接点传感器使用。为了将来自热电偶的电压输出转换成温度，必须求解（利用表或数学函数）高阶多项式（ 高达14 阶） 以得到被测电压和冷接点温度。LTC2983内置了用于所有8种标准热电偶（J、K、N、T、R、S、T和B）的多项式，以及用于定制热电偶的用户设定表数据。LTC2983同时测量热电偶输出和冷接点温度，并执行所有必需的计算，然后以℃为单位报告热电偶温度。
热电偶：重要的是什么？
热电偶产生的输出电压很低（ 满标度时《 100 m V）。由于 ADC 存在偏移和噪声，所以所测量电压值必须很低。此外，该电压是绝对电压读数，需要准确/低漂移基准电压。LTC2983含有一个低噪声、偏移连续校准的24位增量累加ADC（偏移和噪声《1μV），并具备最大值为10ppm/℃的基准。
当热电偶尖头裸露于低于冷接点温度的环境时，热电偶的输出电压还能够低于地。这迫使系统增加第二个负电源或者输入电平移位电路，因此使系统变得更加复杂。LTC2983纳入了一个专有前端，能够用以地为基准的单一电源对信号进行数字化。
除了提供很高的测量准确度，热电偶电路还必须采用噪声抑制、输入保护和抗混叠滤波。LTC2983的输入 阻抗 很高，最大输入 电流 低于1nA。该器件可以采用外部保护电阻器和滤波 电容器 ，而不会引入额外误差。LTC2983包含一个内置数字 滤波器 和对50Hz及60Hz的75dB抑制。
故障检测是很多热电偶测量系统的重要功能。最常见的故障是 开路 （热电偶损坏或未插入）。过去，在热电偶输入端加上电流源或上拉电阻器以检测这类故障。这种方式的问题是，这些感应信号导致误差和噪声，并与输入 保护电路 相互作用。LTC2983包括一个独特的开路检测电路，该电路可在测量周期开始前一刻检查热电偶是否损坏。在这种情况下，开路激励电流/电阻器不干扰测量准确度。LTC2983还报告与冷接点传感器有关的故障。该器件还检测、报告静电放电（ESD）事件，并能够从这类事件中恢复，当在工业环境中使用较长的传感器连线时，有可能发生这类事件。LTC2983还通过其故障报告指示所测温度是否高于/低于特定热电偶预期的温度范围。
二极管概述
二极管是可用作温度传感器的低价半导体器件。这类器件一般用作热电偶的冷接点传感器。当给二极管加上激励电流时，二极管产生的电压是温度以及所加电流的函数。如果将两个完美匹配、已知比率的激励电流源加到二极管上，那么输出就是可知与温度成比例（PTAT）的电压。
二极管：重要的是什么？
为了产生具备已知比例的PTAT电压，需要两个高度匹配、成比例的电流源。LTC2983依靠增量累加过采样架构准确地产生这一比率。连接到该ADC的二极管和引线含有未知的寄生二极管效应。LTC2983提供3电流测量模式，消除了寄生引线电阻。不同二极管制造商规定了不同的二极管非理想系数。LTC2983允许单独设定每个二极管的非理想系数。因为测量的是绝对电压，ADC基准电压的值和漂移都很关键。LTC2983包含在工厂中微调过最大值为10ppm/℃的基准。
LTC2983自动产生成比例的电流、测量所产生的二极管电压、利用所设定的非理想性数据计算温度并以℃为单位输出结果。该器件还可以用作热电偶的冷接点传感器。如果二极管损坏、短路或插入不正确，那么如果用LTC2983测量冷接点温度，LTC2983就会检测这种故障，并在转换结果输出字以及相应的热电偶测量结果中报告该故障。
RTD概述
RTD是电阻值随温度变化而改变的电阻器。为了测量一个RTD，将一个准确已知的低漂移检测电阻器串联连接至该RTD。给该网络加上激励电流并进行比例式测量。RTD的电阻值以欧姆为单位，可根据这一比率确定。然后通过查表，用这个电阻值确定传感器元件的温度。LTC2983自动产生激励电流，同时测量检测电阻器和RT D电压，计算传感器电阻，并以℃为单位报告结果。RT D可以在很宽的温度范围内测量温度，从低至200℃到高达850℃。LTC2983可数字化大多数类型的RTD（PT-10、PT-50、PT-100、PT-200、PT-500、PT-1000和NI-120），针对很多标准内置了系数（美国、欧洲、日本和ITS-90标准），并面向定制RTD提供用户设定的表数据。
RTD：重要的是什么？
典型PT100 RTD的电阻值在温度每变化1/10℃时变化不到0.04Ω，在100μA电流激励时对应4μV信号电平。低ADC偏移和噪声对于准确测量至关重要。测量相对于检测电阻器而言是比例式的，不过在计算温度时，激励电流和基准电压的绝对值不那么重要。
以前，RTD和检测电阻器之间的比例式测量是用单个ADC执行的。检测电阻器的压降用作测量RTD压降的ADC之基准输入。这种架构需要10 kΩ或更大的检测电阻器，因此需要缓冲，以防止由ADC基准输入动态电流导致的压降。既然检测电阻器的值至关重要，那么缓冲器就必须是低偏移、低漂移和低噪声的。这种架构使电流源难以轮换，以消除寄生热电偶效应。增量累加ADC的基准输入更易于受到噪声而不是输入的影响，而且低基准电压值可能导致不稳定性。LTC2983的多ADC架构解决了所有这些问题（参见图1）。LTC2983运用了两个高度匹配、有缓冲和自动校准的ADC，一个用于RTD，另一个用于检测电阻器。这些ADC同时测量RTD和 Rs ense，计算RTD电阻，并依据这些数据查一个基于 ROM 的表，最终以℃为单位输出RTD温度。
图1：用LTC2983测量RTD温度。
RTD有很多种配置：2线、3线和4线。LTC2983以可配置的单一硬件解决方案提供所有3种配置。该器件可在多个RTD之间共享单一检测电阻器。其高阻抗输入允许在RTD和ADC输入之间接入外部保护电路，而不会引入误差。该器件还可以自动轮换电流激励，以消除外部热误差（寄生热电偶）。在检测电阻器的寄生引线电阻降低性能的情况下，LTC2983允许用Rsense进行开尔文检测。
LTC2983包括故障检测电路。该器件可以确定，检测电阻器或RTD是否损坏或短路。如果所测温度高于或低于RTD规定的最高或最低温度，LTC2983就发出警告。当RTD用作热电偶的冷接点传感器时，3个ADC同时测量热电偶、检测电阻器和RTD。RTD故障信息传递到热电偶测量结果中，同时RTD温度自动地用来补偿冷接点温度。
热敏电阻器概述
热敏电阻器是电阻值随温度变化而改变的电阻器。与RT D不同，热敏电阻器的电阻值在其温度变化范围内的变化可以达到多个量级。为了测量热敏电阻器，要给传感器串联连接一个检测电阻器。给该网络加上激励电流，并进行比例式测量。热敏电阻器的电阻值以欧姆为单位，可以根据这个比率确定。这个电阻值用来确定传感器的温度，进而求解S te inhart-Hart方程或查询表数据。LTC2983自动地产生激励电流，同时测量检测电阻器和热敏电阻器电压，计算热敏电阻器的电阻，并以℃为单位报告结果。热敏电阻器一般在-40℃～150℃工作。LTC2983包含计算2.252kΩ、3kΩ、5kΩ、10kΩ和30kΩ标准热敏电阻器温度所需的系数。因为有多种类型和电阻值的热敏电阻器，所以LTC2983可用定制热敏电阻器表数据（R和T）或Steinhart-Hart系数来设定。
热敏电阻器：重要的是什么？
热敏电阻器的电阻值在其温度变化范围内的变化可以达到多个量级。例如，一个在室温时10kΩ的热敏电阻器在最高温度时可能低至100Ω，而在最低温度时可能》300kΩ，而其他热敏电阻器标准可能达至1MΩ以上。
典型情况下，为了适应大阻值电阻，会使用电流非常小的激励电流源和阻值较大的检测电阻器。这导致在热敏电阻器阻值范围的低端，信号电平非常低。需要输入缓冲器和基准缓冲器隔离ADC的动态输入电流和这些较大的电阻器。但是如果没有单独的电源，缓冲器在靠近地时工作不是很好，而且需要最大限度减小偏移/噪声误差。LTC2983解决了所有这些问题（参见图2）。该器件整合了一个连续校准的专有缓冲器和多ADC架构，该缓冲器能够在地电平甚至在低于地电平时对信号进行数字化。两个匹配的缓冲ADC同时测量热敏电阻器和检测电阻器，计算（基于标准）热敏电阻器的温度，并以℃为单位报告结果。不需要大阻值检测电阻器，从而允许多个RTD和不同类型的热敏电阻器共用单一检测电阻器。LTC2983还可以视热敏电阻器输出电阻的不同，而自动设定不同的激励电流范围。
图2：用LTC2983测量热敏电阻器温度。
LTC2983包括故障检测电路。该器件可确定，检测电阻器或热敏电阻器是否损坏/短路。如果所测温度高于或低于热敏电阻器规定的最大值或最小值，LTC2983就发出警报。热敏电阻器可用作热电偶的冷接点传感器。在这种情况下，3个ADC同时测量热电偶、检测电阻器和热敏电阻器。热敏电阻器故障信息被传递到热电偶测量结果中，热敏电阻器温度自动用于补偿冷接点温度。
通用测量系统
LTC2983可配置为通用温度测量电路（参见图3）。可给单个LTC2983加上多达4组通用输入。每一组输入都可以直接用来数字化3线RTD、4线RTD、热敏电阻器或热电偶，而无需更改任何内置硬件。每个传感器都可以使用同样的4个ADC输入及保护/滤波电路，并可用软件配置。所有4组传感器都可以共用一个检测电阻器，同时用一个二极管测量冷接点补偿。LTC2983的输入结构允许任何传感器连接到任何通道上。在LTC2983的任一和所有21个模拟输入上，可以加上RTD、检测电阻器、热敏电阻器、热电偶、二极管和冷接点补偿的任意组合。
图3：通用温度测量系统
结论
LTC2983是开创性的高性能温度测量系统。该器件能够以实验室级精确度直接数字化热电偶、RTD、热敏电阻器和二极管。LTC2983整合了3个24位增量累加ADC和一个专有前端，以解决与温度测量有关的很多典型问题。高输入阻抗以及在零点输入范围允许直接数字化所有温度传感器，并易于进行输入预测。20 个灵活的模拟输入使得能够通过一个简单的S PI 接口 重新设定该器件，因此可用同一种硬件设计测量任何传感器。LTC2983自动执行冷接点补偿，可用任何传感器测量冷接点，而且提供故障报告。该器件可以直接测量2、3或4线RTD，并可非常容易地共用检测电阻器以节省成本，同时非常容易地轮换电流源，以消除寄生热效应。LTC2983可自动设定电流源范围，以提高准确度、降低与热敏电阻器测量有关的噪声。LTC2983允许使用用户可编程的定制传感器。基于表的定制RTD、热电偶和热敏电阻器可以设定到该器件中。LTC2983在一个完整的单芯片温度测量系统中，整合了高准确度、易用的传感器接口，并提供很高的灵活性。
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