应用领域：工业电子

方案类型：芯片级方案

主控芯片：TI

方案概述

温度传感器用于测量温度，在工业和商业应用中用途广泛。测量温度使用的是 RTD(耐高温器件)、热敏电阻或热电偶。

RTD 和热敏电阻利用了电阻根据温度变化的特性，以测量元件间的压降并计算温度。热电偶是两个不同金属物间的结点，此结点会生成与温差相关的电压，这就是塞贝克效应。应将环境温度加到计算出的温差中，以测量实际温度。环境温度的测量过程称为冷端补偿。

温度发送器有两种类型。传统现场发送器作为工业控制环路的一部分由线路供电或回路供电，而无线或手持温度传感器由电池供电。

激励技术： 作为无源元件的 RTD 和热敏电阻需要电流激励源来进行测量。高度稳定、精确匹配且低漂移的电流源对于 3 线 RTD 测量至关重要。TI 的温度传感器前端具有高精度片上电流源。可以使用高精度片上温度传感器来完成热电偶测量中针对冷端补偿的准确环境温度测量。这种 TI 温度测量模拟前端是单芯片解决方案，可提供 RTD、热敏电阻和热电偶测量所需的各种信号调节。

信号调节/信号采集和处理：温度传感器的输出范围非常小，因此必须在处理前放大信号以防止引发错误。信号链必须精确处理有噪音的小信号。TI 的温度传感器前端将输入多路复用器、高阻抗 PGA 和高分辨率 Σ-Δ 调制器全部集成在单芯片上。低噪声截波稳定型 PGA 可根据传感器输出的大小提供所需的增益调节功能。高端产品还集成了系统诊断和故障监控等功能。MCU 中还可以实施更高级别的系统校准。

接口与通信：传统模拟 (4 - 20mA) 接口一直是工业控制和传感器应用的常见选择。其它常见协议包括 HART、Profibus 和 IO-Link。TI 的 IO-Link 接口产品集成了稳压器和诊断输出。此外，基于 IEEE 802.15.4 协议的无线选项越来越流行。TI 致力于同时为传统和新兴工业接口提供解决方案。

电源管理： 现场发送器可以采用三种供电方式。线路供电发送器通常由 12V 或 24V 的电压轨供电。回路供电发送器由 4-20mA 回路供电。此类发送器要求极低功耗的架构，因为整个解决方案都要由回路供电。TI 提供具有低静态电流和低输出波纹的高效降压转换器，适用于线路供电和回路供电发送器。电池供电发送器可设计使用 TI 的低功率降压转换器和降压/升压转换器。DC/DC 降压转换器可以在很大的电池电压范围内提供 95% 以上的效率，同时输入电压可降至 1.8V，从而延长电池寿命。专门的降压/升压转换器可生成所需的稳定输出电压，可在输入电压过高或过低的情况下提供恒定电流，同时支持各种电池配置。

方案主控：

数据转换器(6)

ADS1255 – 24 位 30kSPS 极低噪声 Δ-Σ ADC

ADS124S08 – 低功耗、低噪声、高度集成、6/12 通道 24 位 ADC

ADS124S06 – 低功耗、低噪声、高度集成、6/12 通道 24 位 ADC

ADS1220 – 具有 I2C 接口的超小型、低功耗 24 位模数转换器

ADS1120 – 具有串行外设接口的低功耗、低噪声、16 位 ADC。

ADS1148 – 用于温度传感器的 16 位模数转换器

放大器(10)

OPA4188 – 0.03µV/C、低噪声、轨至轨输出的 36V 零漂移运算放大器

TLV333 – TLVx333 零漂移 CMOS 运算放大器

OPA333 – 1.8V、17µA、微功耗、精密、零漂移 CMOS 运算放大器

LMP2012 – 双路、高精度、轨至轨输出运算放大器

OPA2170 – 采用微型封装的 36V、微功耗、轨至轨输出、双路通用运算放大器

TLV9002 – 适用于成本优化型系统的 2 通道、1MHz、RRIO、1.8V 至 5.5V 运算放大器

OPA347 – 微功耗轨至轨运算放大器

TLV274 – 550uA/通道 3MHz 轨至轨输出运算放大器

OPA2348 – 1MHz、45uA、RRIO、双路运算放大器

TLV2370 – 具有关断状态的 550uA/通道 3MHz RRIO 运算放大器

传感器(6)

PGA900 – 具有数字和模拟输出的可编程传感器信号调节器

LMT70 – 具有输出使能的 LMT70 精密温度传感器

LM61 – 采用 TO-92 封装的 ±2°C 模拟输出温度传感器

TMP20 – ±1.5°C 模拟输出温度传感器

TMP75 – 具有 I2C/SMBus 接口的 ±1°C 温度传感器，采用工业标准 LM75 尺寸和引脚

TMP102 – 具有 I2C/SMBus 接口且工作电压为 1.4V 的 ±1°C 温度传感器，支持报警功能

航天与高可用性(2)

LM111 – 具有选通信号的差动比较器

TL074-EP – 增强型产品四路低噪声 JFET 输入通用运算放大器

开关和多路复用器(6)

SN74LVC1G3157 – 1 通道 2:1 模拟开关

TS3A5223 – 0.5Ω 双 SPDT 双向模拟开关

SN74LVC2G66 – 具有低导通状态电阻的 2 通道 1:1 模拟开关

SN74LVC1G66 – 单路模拟开关

TS5A9411 – 10Ω SPDT 模拟开关

CD4051B – 具有逻辑电平转换功能的 CMOS 单路 8 通道模拟多路复用器/多路解复用器

电源管理(6)

TL431A – 精度为 1% 的可调精密并联稳压器

TL432A – 可调节精密并联稳压器

LM4041D – 可调节精密微功耗并联电压参考，1.0% 精确度

TL432 – 可调节精密并联稳压器

TLVH431B – 精度为 0.5% 的低电压宽工作电流范围可调精密并联稳压器

TL431 – 精度为 2% 的可调精密并联稳压器

参考设计

TIDM-01000

描述

This TI reference design provides a low-component count, low-cost solution for 4- to 20-mA loop-powered, resistance-temperature detector (RTD), temperature transmitter. The design takes advantage of the on-chip Smart Analog Combo module in the MSP430FR2355 MCU to control the loop current, so the standalone DAC is no longer required. This design achieves a 12-bit output resolution with an output current resolution of 6 µA. The design incorporates reverse-polarity protection as well as IEC61000-4-2 and IEC61000-4-4 protection on the loop-power input.

特性

Sensor Input Compatible with 2-, 3- or 4-Wire Resistance Temperature Detector (RTD) Probes

Temperature range for RTD of –200°C to 850°C

Maximum Measured Error: <1°C

IEC61000-4-2: ESD: Air Discharge: ±8 kV Class A

Small Form Factor (L × W): 60mm × 8mm

Operating Temperature Range -40°C to 105°C

TIDM-01000 4- to 20-mA Loop-Powered RTD Temperature Transmitter Reference Design With MSP430 Smart Analog Combo Board Image

TIDM-01000 4- to 20-mA Loop-Powered RTD Temperature Transmitter Reference Design With MSP430 Smart Analog Combo Block Diagram Image

用于 SensorTag 的无线热电偶传感器发送器 DevPack 参考设计

描述

TIDA-00650 参考设计展示了如何构建基于温度变送器的无线热电偶。该设计采用了 DevPack 形状因子，可与 TI 的 SensorTag 结合使用。这让开发人员能够开发通过 Bluetooth® Smart 进行的无线链接或其他无线技术(Zigbee、WiFi、sub 1GHz)。该设计使用的 24 位 ∆Σ 传感器前端让该设计可在 -40 °C 至 +85 °C 的温度范围下运行。

特性

无线(隔离式)热电偶传感器发射器

24 位 ∆Σ 传感器 AFE

Bluetooth Smart 接口

具有 PT100 冷端补偿的 Type-K TC

TC 温度范围：-270°C 至 1372°C

工作温度范围：-40 °C 至 +85 °C

TIDA-00650 Wireless Thermocouple Sensor Transmitter DevPack for SensorTag Reference Design Board Image

TIDA-00650 Wireless Thermocouple Sensor Transmitter DevPack for SensorTag Reference Design Block Diagram

优化延迟、功耗和内存占用量的热电偶感测前端参考设计

描述

TIDA-00468 参考设计展示了如何构建对回路供电应用进行功耗优化的隔离式热电偶感应前端，同时它还可：

• 在经典查找表方案中缩小器件尺寸

• 保持线性分段插值的快速响应时间

特性

传感器输入：K 型热电偶

温度范围：-270°C 至 +1,372°C

系统精度：+/- 0.2K

分段线性插值

查找表大小：320 字节

TIDA-00468 Optimized Latency, Power and Memory Footprint Thermocouple Sensing Front-end Reference Design Board Image

TIDA-00468 Optimized Latency, Power and Memory Footprint Thermocouple Sensing Front-end Reference Design Block Diagram