[導(dǎo)讀]出品?21ic論壇?DVzhang網(wǎng)站：bbs.21ic.com本來不論PT100還是PT1000，他們的采樣電路網(wǎng)上都很多，而且之前直接用的是現(xiàn)成的MAX31865方案，奈何領(lǐng)導(dǎo)說太貴，用集成運放搭吧！領(lǐng)導(dǎo)動動嘴，屬下跑斷腿！于是各方論壇度娘！終于整了個有希望的方案，僅以此文記...
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本來不論PT100還是PT1000，他們的采樣電路網(wǎng)上都很多，而且之前直接用的是現(xiàn)成的MAX31865方案，奈何領(lǐng)導(dǎo)說太貴，用集成運放搭吧！
領(lǐng)導(dǎo)動動嘴，屬下跑斷腿！于是各方論壇 度娘！終于整了個有希望的方案，僅以此文記述這段硬件方案設(shè)計的經(jīng)歷！
本來想等PCB打板測試后再發(fā)出來的，可是后來想想應(yīng)該先發(fā)出來給論壇的大神們看看，到時候哪里要是有問題還可以及時修改，畢竟打板費再少也是肉??！所以如果方案有問題，拜托各位大佬指正下！
一、目標背景和難點
本次采用的為三線制的PT100，因為嫌棄原有的集成采樣驅(qū)動芯片貴，這一這次的方案是全部用集成運放來做，然后直接給MCU，哪怕是ADC采樣芯片也不允許出現(xiàn)，不過好在精度不高，溫度在1度就可以！
在分析下輸入輸出范圍：
（1）MCU的常規(guī)采樣精度 3300mV/4096=0.8mV；
（2）PT100溫度變化一度，阻值變化約0.38Ω；
因此有以下幾個難點
（1）阻值變化較小，則對溫度或者電壓波動比較敏感；
（2）PT100的共性問題，線阻的影響；
（3）阻值變化較小，則前級電壓變化較小，容易有雜波信號干擾；
（4）阻值變化較小，即電壓變化小，且不可提供較大的電流，否則會給DCDC或LDO造成較大的壓力，且后期的低功耗也沒法處理，這樣的話MCU采樣難度增大；
二、大概方案
針對以上難點，在網(wǎng)上也查了不少方案；主流的就是恒流源 濾波電路，所以決定也采用這種電路；原因很簡單：1、大家都說好，才是真的好；2、畢竟資料豐富容易找，后面出了問題，也知道從哪里查起！雖然主流框架確定了，但是很多細節(jié)還是值得琢磨的，這個后面說，先說方案！?
?
如上圖：
（1）U38A和U38B構(gòu)成的是1mA的恒流源電路，使PT100的變化更加的線性化！其輸入端采用電壓基準產(chǎn)生2.5V的電壓，輸出電流的大小取決于R62，即I=2.5/R62；
（2）U49A作為PT100采樣信號的輸入級！PS：這個電路是網(wǎng)上查到的，說是能消除PT100的線阻影響，具體原理還沒整明白，只是先拿來用；
（3）U49B是一個二階的濾波電路，截止頻率在20Hz以下；
（4）U58A就是一個同相的比例運放，作為輸出放大，將濾波后的信號放大11倍給MCU；
三、細節(jié)處理，盡量避坑
關(guān)于運放，一般簡單應(yīng)用場景下，一旦運放型號選定了，需要注意的其實就是那么幾點。其中主要的大概就是阻容的配比了，這個計算太復(fù)雜了。PS：除了知道虛短虛斷其他的都不清楚
不過好在有multisim，一個大概的方案框架確定了，接下來就是將電路搬到multisim中仿真就是了！包括上圖中元器件的參數(shù)都是仿真之后調(diào)整過的，而且最開始連輸出的那個比例運放都沒有，但是仿真過程中發(fā)現(xiàn)有問題！前兩天針對這個問題還發(fā)過帖子，還好有大神 KING5555的指導(dǎo)！廢話少說，上圖：?
如圖對整個采樣電路進行仿真，其中探針1的參數(shù)可以看到，直流電流是恒定的1mA，雖然有些交流的信號成分在里面，但是幅值太低對輸出沒啥太大的影響。
R7模擬PT100，R13，R14，R15模擬線阻，雖然有點大了！
U1A組成二階低通濾波電路，本來開始想著直接修改濾波電路的增益，即R10和R11的比值的，但是修改后發(fā)現(xiàn)探針1上的交流信號幅值很大，嚴重影響了后面的輸出，除非修改輸入濾波電容的值，但是修改后的截止頻率太高，達不到濾波效果！如下圖：
后來在論壇發(fā)帖經(jīng)KING大神的解釋，然后去網(wǎng)上搜了下，才知道由于這種正相的濾波器，增益本來就沒法設(shè)置過高，不然就會因為自激振蕩由濾波器變?yōu)檎袷幤髁?！所以隨后就開始考慮使用反向輸入的低通濾波框架！
本來確實是有效的，實現(xiàn)了增益和濾波并存，但是他也有自己的特點，比如說：因為是反相輸入，那么輸出應(yīng)該是負的，如果是軌到軌的運放，那么我需要一個負電源，且給MCU之前還需要反相一下！光這一點就給他PASS掉了！
所以最終決定還是用正相輸入的濾波電路然后后面加個普通運放做放大處理！剩下的就是看是否滿足使用場景需求了！
如圖，這三個圖分別為PT100，在100Ω，100.38Ω，138Ω三種阻值下對應(yīng)的輸出電壓，可以看出變化一度即0.38Ω時，ΔU=2.1933-2.1849=0.0084V，即8.4mV，換算成ADC的采樣精度，大概在10個單位，針對溫度一度的精度要求，給MCU所留余量基本足夠！而且溫度100度時，對應(yīng)的電壓為 3.0196V，也沒有超出運放的輸出和MCU的輸入閾值?。。?/span>
最后在看濾波電路的濾波效果！如下圖，截止頻率在10Hz左右，也滿足了目標要求！?。?/span>
-------------------萬能分割線之動動嘴和跑斷腿-----------------
PS：正在畫板中，有不足的地方，各位大佬快來拍磚，多多益善，可以都預(yù)留上，總比后面實物做出來飛線來的清爽?。?！
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本來不論PT100還是PT1000，他們的采樣電路網(wǎng)上都很多，而且之前直接用的是現(xiàn)成的MAX31865方案，奈何領(lǐng)導(dǎo)說太貴，用集成運放搭吧！
領(lǐng)導(dǎo)動動嘴，屬下跑斷腿！于是各方論壇 度娘！終于整了個有希望的方案，僅以此文記述這段硬件方案設(shè)計的經(jīng)歷！
本來想等PCB打板測試后再發(fā)出來的，可是后來想想應(yīng)該先發(fā)出來給論壇的大神們看看，到時候哪里要是有問題還可以及時修改，畢竟打板費再少也是肉??！所以如果方案有問題，拜托各位大佬指正下！
一、目標背景和難點
本次采用的為三線制的PT100，因為嫌棄原有的集成采樣驅(qū)動芯片貴，這一這次的方案是全部用集成運放來做，然后直接給MCU，哪怕是ADC采樣芯片也不允許出現(xiàn)，不過好在精度不高，溫度在1度就可以！
在分析下輸入輸出范圍：
（1）MCU的常規(guī)采樣精度 3300mV/4096=0.8mV；
（2）PT100溫度變化一度，阻值變化約0.38Ω；
因此有以下幾個難點
（1）阻值變化較小，則對溫度或者電壓波動比較敏感；
（2）PT100的共性問題，線阻的影響；
（3）阻值變化較小，則前級電壓變化較小，容易有雜波信號干擾；
（4）阻值變化較小，即電壓變化小，且不可提供較大的電流，否則會給DCDC或LDO造成較大的壓力，且后期的低功耗也沒法處理，這樣的話MCU采樣難度增大；
二、大概方案
針對以上難點，在網(wǎng)上也查了不少方案；主流的就是恒流源 濾波電路，所以決定也采用這種電路；原因很簡單：1、大家都說好，才是真的好；2、畢竟資料豐富容易找，后面出了問題，也知道從哪里查起！雖然主流框架確定了，但是很多細節(jié)還是值得琢磨的，這個后面說，先說方案！?
?如上圖：
（1）U38A和U38B構(gòu)成的是1mA的恒流源電路，使PT100的變化更加的線性化！其輸入端采用電壓基準產(chǎn)生2.5V的電壓，輸出電流的大小取決于R62，即I=2.5/R62；
（2）U49A作為PT100采樣信號的輸入級！PS：這個電路是網(wǎng)上查到的，說是能消除PT100的線阻影響，具體原理還沒整明白，只是先拿來用；
（3）U49B是一個二階的濾波電路，截止頻率在20Hz以下；
（4）U58A就是一個同相的比例運放，作為輸出放大，將濾波后的信號放大11倍給MCU；
三、細節(jié)處理，盡量避坑
關(guān)于運放，一般簡單應(yīng)用場景下，一旦運放型號選定了，需要注意的其實就是那么幾點。其中主要的大概就是阻容的配比了，這個計算太復(fù)雜了。PS：除了知道虛短虛斷其他的都不清楚
不過好在有multisim，一個大概的方案框架確定了，接下來就是將電路搬到multisim中仿真就是了！包括上圖中元器件的參數(shù)都是仿真之后調(diào)整過的，而且最開始連輸出的那個比例運放都沒有，但是仿真過程中發(fā)現(xiàn)有問題！前兩天針對這個問題還發(fā)過帖子，還好有大神 KING5555的指導(dǎo)！廢話少說，上圖：?
如圖對整個采樣電路進行仿真，其中探針1的參數(shù)可以看到，直流電流是恒定的1mA，雖然有些交流的信號成分在里面，但是幅值太低對輸出沒啥太大的影響。
R7模擬PT100，R13，R14，R15模擬線阻，雖然有點大了
！U1A組成二階低通濾波電路，本來開始想著直接修改濾波電路的增益，即R10和R11的比值的，但是修改后發(fā)現(xiàn)探針1上的交流信號幅值很大，嚴重影響了后面的輸出，除非修改輸入濾波電容的值，但是修改后的截止頻率太高，達不到濾波效果！如下圖：
后來在論壇發(fā)帖經(jīng)KING大神的解釋，然后去網(wǎng)上搜了下，才知道由于這種正相的濾波器，增益本來就沒法設(shè)置過高，不然就會因為自激振蕩由濾波器變?yōu)檎袷幤髁?！所以隨后就開始考慮使用反向輸入的低通濾波框架！
本來確實是有效的，實現(xiàn)了增益和濾波并存，但是他也有自己的特點，比如說：因為是反相輸入，那么輸出應(yīng)該是負的，如果是軌到軌的運放，那么我需要一個負電源，且給MCU之前還需要反相一下！光這一點就給他PASS掉了！
所以最終決定還是用正相輸入的濾波電路然后后面加個普通運放做放大處理！剩下的就是看是否滿足使用場景需求了！
如圖，這三個圖分別為PT100，在100Ω，100.38Ω，138Ω三種阻值下對應(yīng)的輸出電壓，可以看出變化一度即0.38Ω時，ΔU=2.1933-2.1849=0.0084V，即8.4mV，換算成ADC的采樣精度，大概在10個單位，針對溫度一度的精度要求，給MCU所留余量基本足夠！而且溫度100度時，對應(yīng)的電壓為 3.0196V，也沒有超出運放的輸出和MCU的輸入閾值?。。?/span>
最后在看濾波電路的濾波效果！如下圖，截止頻率在10Hz左右，也滿足了目標要求！?。?/span>
-------------------萬能分割線之動動嘴和跑斷腿-----------------
PS：正在畫板中，有不足的地方，各位大佬快來拍磚，多多益善，可以都預(yù)留上，總比后面實物做出來飛線來的清爽?。?！
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