Criterios de diseño
Para un proyecto que estoy haciendo, quiero medir la temperatura utilizando un ADC de 10 bits en una MCU.
No me importa la precisión absoluta, pero me gustaría una precisión de aproximadamente 1/10 de grado C.
Para aclarar, estoy bien con un error de sesgo y ganancia e incluso una no linealidad débil, siempre que el error aleatorio (ruido) sea bajo y las mediciones sean consistentes entre lecturas de la misma temperatura.
El sensor se alimentará y leerá una vez por hora, por lo que el auto calentamiento no debería ser un problema.
Espero que las temperaturas que mediré sean de alrededor de 10-40 C. Sin embargo, para tener un espacio libre de diseño, opté por utilizar el rango [-40, + 100] C como criterio de diseño al dimensionar los elementos pasivos.
RTD elegido
Elegí hacer esto con un RTD. El particular que estoy viendo tiene:
- 0C = 100 R
- -50C = ~ 70 R
- + 100C = ~ 140 R
Circuito
El circuito que he encontrado se muestra a continuación. Tiene cuatro componentes principales:
- Una fuente de corriente de 1 mA para sesgar el RTD.
- Un cambio de nivel del sentido de IDT.
- Una escala del sentido RTD.
El objetivo del cambio de nivel y la escala del valor RTD detectado es escalar el rango de [-50C, + 100C] a [5V, 0V] para obtener el máximo uso del ADC de 10 bits en la MCU.
El TEMP_EN está conectado a un pin GPIO en la MCU, que se maneja alto antes de medir la salida con el ADC. El pin GPIO puede manejar 20 mA máx.
He elegido los resistores 300R y 5K11 para este diseño, ya que se utilizan en cualquier otra parte del proyecto y, de hecho, forman una relación muy cercana a la requerida para los divisores de tensión por una feliz coincidencia.
Se puede encontrar una simulación del circuito aquí .
UséWxMaximaparacalcularlosvaloresdelaresistencia:
Donde:
- Va = voltaje detectado después de RTD
- Vb = entrada negativa al primer amplificador operacional
- Vc = entrada positiva al segundo amplificador operacional
- Vd = entrada negativa al segundo amplificador operacional
- A = ganancia de amplificador operacional (asumido ideal más adelante)
Espero una precisión de 150 C / 2 ^ 10 = 0.15 C en el valor medido.
Pregunta
Esta es la primera vez que trabajo con Op-Amps después de mi curso de EE en Uni, que fue hace mucho tiempo. Y mi primera vez construyendo una fuente de corriente constante. Me gustaría mucho recibir comentarios sobre el diseño de la fuente actual, ¿será lo suficientemente bueno? ¿Puedo hacer modificaciones fáciles para mejorar esta aplicación?
¿Puedo esperar que el circuito tenga una resistencia razonable al ruido? El entorno es un entorno doméstico típico y TEMP_AO se conecta a través de un cable apantallado de 30-50 cm, por lo demás silencioso a la MCU.
¿Debo desacoplar los amplificadores operacionales? No hay ningún cambio aquí, así que no estoy seguro de si son necesarios.
Tengo el cambio antes que la ganancia. ¿Debo cambiar el orden para hacer ganar primero y luego cambiar? ¿Cuál es mejor?
¿Alguna otra consideración que deba hacer?