三線制PT100測溫容易忽略的設(shè)計細節(jié)
高精度三線制PT100測溫電路容易遇到PCB走線電阻差異導(dǎo)致的測量精度下降問題,看似簡單的走線,可能引入0.1℃及以上偏差。本文進行量化分析,并探討相應(yīng)的解決方法。
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/202311/452837.htmPCB走線電阻的影響程度
PT100三線制測量方法,通過引線電阻相減的方式,抵消引線電阻。當(dāng)三根引線的阻值不相等時,則引入測量誤差。PCB的輸入端子至ADC走線,是PT100引線的一部分,同樣會引入測量誤差。誤差值可以通過走線阻值的差值和PT100的平均溫度系數(shù)換算。
PT100的平均溫度系數(shù)為0.385Ω/℃,38.5mΩ對應(yīng)0.1℃的溫度變化。PCB走線考慮常用的10mil線寬、1oz銅層厚度,如果走線長度差異為25mm,其直流電阻為42.6mΩ,換算成溫度偏差為0.11℃,是一個明顯的誤差。走線長度差異為5mm,直流電阻變?yōu)?.5mΩ,換算成溫度偏差為0.02℃,則基本可以忽略。
星形走線和等長走線
PT100的三線制測量電路,在多通道應(yīng)用時,激勵電流的返回路徑為多個通道共用。該返回路徑在PCB上共用走線時,走線長度將更長。以 高精度測溫模塊ZAM6228 為例,下圖中,如果通道CH1離ADC近,它的A、B線PCB走線短,C線由于4個通道共用,需要在PCB上需要額外經(jīng)過另外3個通道CH2~CH4的接線端子,走線更長。使用常規(guī)的5.08mm間距工業(yè)端子時,每個通道有3個位端子,C線PCB走線長度多出3*3*5.08=45.7mm,如果用10mil走線寬度,對應(yīng)的溫度偏差約為0.2℃。
在PCB上使用星形走線,并通過PCB軟件做等長走線,可以輕松解決走線電阻引入溫度偏差的問題。以高精度測溫模塊ZAM6228為例,下圖中,星形走線是指每通道的C線單獨從模塊引腳走線至對應(yīng)的輸入端子。而每個通道的A、B、C三根線,通過PCB軟件做等長走線,可以使得走線長度差異小于5mm。
ZAM6228模塊的評估板使用了星形走線和等長走線,如下圖所示。經(jīng)測試,PCB走線引入偏差不到0.01℃,對于模塊自身0.02%+0.1℃的測溫精度,可以忽略,可以完整的得到高測溫精度。
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