是否可以设计具有过电压保护的完整RTD模块？ RTD（电阻温度检测器）可以提供出色的稳定性和准确性，并降低噪声和干扰的影响。 RTD传感器可以由2线，3线或4线版本组成，并且需要激发电流以产生输出电压。 AD7124-4/AD7124-8包含两个匹配良好的电流源，一个PGA，参考缓冲区和诊断功能，非常适合高可靠性RTD模块。 不正确的操作，粗心的连接和裸露的电线通常会导致工业环境中的过度压力，这会损坏电子设备并造成不良后果，而后果可能会导致损坏。电压保护能力是RTD模块的关键规范。在瞬态过电压保护之外，必须在实际生产过程中考虑持久的过电压保护。 本文将重点介绍如何为具有过电压保护功能的多线RTD模块提供总体解决方案，该模块基于AD7124，以及过电压保护和检测多路复用器和通道保护器。本文可以帮助设计师理解此方法并选择适当的设备。 对于过电压保护功能，这里有三个可选解决方案： 在ADC销钉前使用串联电阻可以帮助保护AD7124。这些引脚包括模拟输入和激发输出引脚，但电阻将限制依从性电压。 当前源的保护可以通过离散组件来实现。该解决方案可以实现更高的过电压保护和较大的电压合规性。但是，开关和多路复用器仍在外部暴露。 ADI的过电压保护和检测开关，多路复用器和通道保护器（ADG52XXF和ADG54XXF）可用于RTD模块保护和不同的电线RTD传感器开关。这些零件可以在动力和无动力模式下提供±55 V故障电压保护，并可以通过闩锁免疫实施故障检测。它们的高密度套件比传统解决方案占用的PCB面积要小得多。 基于AD7124的RTD模块 比率测量值广泛用于RTD模块，因为它可以消除激发电流源的误差和漂移。图1显示了基于AD7124-8的4线RTD测量的典型图。 
图1：基于AD7124-8的4线RTD比率测量
图2：基于AD7124-8的3线RTD比率测量 AIN0提供了激发电流，AD7124集成的参考缓冲区和PGA，重新和AIN是高阻抗输入，因此相同的电流通过RTD传感器和参考 AIN0提供了激发电流，并且AD7124集成的参考缓冲区和PGA，重新和AIN是高阻抗输入，因此相同的电流通过RTD传感器和参考电阻器流动。 ADC转换结果是输入电压（VRTD）和参考电压（VREF）之间的比率，该比率等于RRTD和RREF之间的比率。如果RREF是已知的，高精度和稳定的参考电阻，则可以通过RREF值和ADC转换结果来计算RRTD。 通过使用4线RTD配置，系统可以实现高精度和可靠性，并且可以消除铅电阻的误差。因此，成本高于3线或2线配置。图2显示了基于AD7124的3线RTD测量，这是性能和成本之间的折衷。 两个集成良好的电流来源有助于3线RTD测量。 VREF和VRTD可以通过以下两个功能表示：
AD7124具有两个匹配良好的电流源，这意味着IEXC0接近或等于IEXC1，铅电阻RL1和RL2非常相似。这些功能可以表示为：
将转换代码表示为这两个功能的组成：
根据此函数，RTD电阻值可以通过转换结果和参考电阻值计算。有关详细信息，请参考CN-0383。 
图3：基于AD7124-8的2线RTD比率测量 对于2线RTD，由于铅电阻引起的误差无法取消，但是这种类型的RTD传感器的成本低于其他传感器，并且AD7124-8可以配置为2-Wire RTD传感器，如图3所示。 实际上，许多工业客户要求将RTD模块的同一端口提供给许多不同类型的RTD传感器，这很方便平衡RTD传感器的成本和性能。图4显示了RTD模块的通用接口，该接口可以支持不同的电线RTD传感器。
图4：不同电线传感器的RTD接口 由于此要求，这种类型的RTD模块需要由固件配置为有线的RTD传感器。图5显示了基于AD7124-8及其开关的不同电线RTD传感器的框图。 AD7124-8可以支持4通道，2线/3线/4线RTD测量。
图5：基于AD7124-8的不同电线RTD传感器测量 使用控制器可以轻松更改不同传感器的配置，表1显示了不同配置的开关和当前源状态。
通过计算选择适当的电阻和电容器值可以优化噪声性能。 RTD比率温度测量值的文章模拟前端设计注意事项可以提供指导。 如果除了优化的噪声性能外，还需要过度电压保护，那么额外的要求将造成很多额外的麻烦。 首先，某些AD7124的模拟引脚直接暴露于外部环境中，根据AD7124在25°C以下的等级，对AVSS的模拟输入电压应在-0.3 V到AVDD +0.3 V之间，这意味着该模块无法防御高高电位。其次，三个开关需要具有高电压。 添加电流限制电阻 在AD7124的每个引脚上添加电流限制电阻都可以轻松为AD7124提供过电压保护。 图6显示了AD7124模拟引脚体系结构。每个模拟引脚都有两个夹紧二极管，我们可以使用这些二极管直接实现保护，而无需引入任何其他泄漏电流。 
图6：AD7124-8模拟销内部体系结构 图7显示了该方法的图-R1至R4分别在AIN1，AIN2，REF+和REF的前面。此设置用于消除噪声。这些电阻可以同时用于电流极限，并在AIN0前添加电流限制电阻，并且AIN3可以保护AD7124的其余裸露模拟引脚。 
图7：在ADC输入引脚面前添加电流限制电阻 这些电阻和内部夹紧二极管可以防止某种水平的正和负电压。当发生正或负电压故障时，电流将流过 这些电阻和内部夹紧二极管可以防止某种水平的正和负电压。当发生正极或负电压断层时，电流将流过电阻器和内部夹具二极管转向AVDD或AVS。根据AD7124的规范，当前值必须限于小于10 mA。如果Rimit等于3kΩ，则该模块可以防止±30 V耐用的过电压。 但是，当此模块在正常模式下工作时，Rlimit的电压下降。如果激发电流为500μA，则RLILIT的电压下降为1.5 V，传感器和RREF的电阻将受到限制。增加的RLIMIT可以获得更好的保护，但阻力范围会较小。根据此保护方法，合规性电压将随着过电压保护要求的增加而降低。如果负责RREF和Retrurn的功耗，则故障电压将直接降低这两个电阻。 除了AD7124-8模拟引脚外，开关也暴露在高压下，因此我们应该选择可以防御±30 V电压的零件。在过去的几年中，在这些情况下使用了照片MOS和接力赛，但是高价和大包装限制了应用领域。 使用离散的晶体管保护当前源 使用极限电阻器的弱点是源+上的合规性电压很低。使用离散的晶体管和二极管可以实现过电压保护并增加源+引脚上的电压。图8显示了此方法的图。
图8：使用离散晶体管和二极管进行过电压保护 该架构可以在正常情况下保持激发电流流向RTD传感器，并防止高压损坏。另一个模拟输入引脚可以受到当前限制电阻的保护，因为模拟输入引脚没有依从性电压限制。 如果将大型正电压应用于该RTD传感器，则D1可防止当前源从正高压。如果将大型负电压应用于该RTD传感器，则Q1的收集器和基部之间的PN连接处是反向偏置的，从而在RB1和该PN连接处导致高电压下降，这可以防止对AIN0损坏。 在正常模式下，D2充当反向偏置二极管，它使流经该部分的流动非常小。当前流动Q1的发射器的目前很少，因此RB1上的电压下降可能会被忽略。与使用当前限制电阻器相比，这种方法可以保持合规性电压高，并防御更高的断层电压。 使用具有过电压保护功能的模拟开关和多路复用器 使用离散组件保护此高精度RTD模块的弱点很明显 - 选择合适的组件并不容易；这些零件使保护电路变得复杂，它们占据了大型PCB区域。
图9：具有故障保护的模拟开关和多路复用器 即使AD7124模拟输入引脚的泄漏电流很小，但这些引脚上的大电阻器系列（例如R1和R2）会产生明显的误差，并且这些电阻器的热噪声会降低分辨率。在实际设计中，RTD模块可能具有多个通道，当前源将从一个通道切换到另一个通道，大电阻值增加了模拟输入RC组合的沉降时间，并且RTD模块应花费更多时间来为电容器充电，例如C1，C2和C3。很难平衡保护功能和准确性。而且开关仍然需要防止高电压。 在这种情况下，使用模拟开关和具有故障保护的多路复用器可以提供开关和过电压保护。图9显示了一个示例。在图9中，使用AD7124前面的ADG5243F共有三个SPDT开关，在AIN1和AIN2前使用ADG5462F的两个可变电阻器。这些组件可以通过使用具有用户定义的故障保护和检测功能的ADG5243F和ADG5462F来实现。 这些部分的突出特征是： 源销受保护的电压，可从–55 V和+55 V大于次级供应轨。 源销受保护的电压，可从–55 V和+55 V大于次级供应轨。 源销在无动力状态下可保护源销–55 V和+55 V之间的电压。 用数字输出的过电压检测指示开关的工作状态。 沟槽隔离后卫防止闩锁。 优化用于低电荷注入和电容。 ADG5243F可以从±5 V至±22 V的双电源或8 V至44 V的单个电源进行操作。 这些零件的优势也是闩锁的免疫力，其泄漏电流和行业的RON平整度也是如此。低泄漏和低导电电阻可以提高此RTD模块的准确性和噪声性能。 如果将正电压或负电压应用于RTD界面，则排水销的电压将在POSFV + VT或NEGFV – VT处夹紧。如果将POSFV设置为4.5 V，并且NegFV设置为AGND，则该路线中用于保护AD7124的路线中的电阻系列更容易选择。如果过电压发生在未造成的状态下，则开关保持高阻抗状态并有助于防止零件损坏。 这些零件的检测功能可用于系统诊断。不断监视ADG5243F和ADG5462F源输入的电压。活跃的低数字输出引脚FF表示开关的状态。 FF引脚上的电压指示任何源输入引脚是否经历了故障状态。 AD7124为系统安全提供许多强大的诊断功能。
