一种智能化的电流输出传感器信号调理电路及调理方法

摘要

本发明涉及一种智能化的电流输出传感器信号调理电路及调理方法。本发明包括铂电阻温度传感器RTD、多个精密电阻RZ、多路选通器、第一级可编程增益放大器PGA1、第二级可编程增益放大器PGA2、线性化电路、接口SPI和高精度电压电流转换器V/I，铂电阻温度传感器RTD上并联多个精密电阻RZ，铂电阻温度传感器RTD和多个精密电阻RZ通过多路选通器接入第一级可编程增益放大器PGA1，第一级可编程增益放大器PGA1输出接入第二级可编程增益放大器PGA2输入端，第二级可编程增益放大器PGA2一路接高精度电压电流转换器V/I，另一路通过线性化电路反馈至第一级可编程增益放大器PGA1，接口SPI接第一级可编程增益放大器PGA1。本发明具有集成化程度高、操作简单、补偿精度高、并且试用范围广的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及于航空、航海和工业控制等信号通信领域，尤其涉及一种智能化的电流输出传感器信号调理电路及调理方法。

背景技术

铂电阻为一种应用范围极广的温度传感器，因其阻性传感器信号传输时，输入漂移和非线性对传感器的特性造成很大的影响，需要对其输入信号进行调理，并将其转换为可用的4～20mA进行传输。现有方案多采用硬件电阻校准和调理，采用硬件电阻补偿的方案，对于系统工程师提出了较高的要求，每个传感器需要单独调节补偿电阻，同时需要其对系统性能掌握透彻，外接高精度的电阻，电阻的精度决定了最后整个系统的精度，不能进行智能化配置，难以在生产中进行批量化处理。

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，提供了一种智能化的电流输出传感器信号调理电路及调理方法，具有集成化程度高、操作简单、补偿精度高、并且试用范围广的优点。

本发明的技术解决方案是：本发明为一种智能化的电流输出传感器信号调理电路，其特殊之处在于：所述调理电路包括铂电阻温度传感器RTD、多个精密电阻RZ、多路选通器、第一级可编程增益放大器PGA1、第二级可编程增益放大器PGA2、线性化电路、接口SPI和高精度电压电流转换器V/I，铂电阻温度传感器RTD上并联多个精密电阻RZ，铂电阻温度传感器RTD和多个精密电阻RZ通过多路选通器接入第一级可编程增益放大器PGA1，第一级可编程增益放大器PGA1输出接入第二级可编程增益放大器PGA2输入端，第二级可编程增益放大器PGA2一路接高精度电压电流转换器V/I，另一路通过线性化电路反馈至第一级可编程增益放大器PGA1，接口SPI接第一级可编程增益放大器PGA1。

优选的，调理电路还包括存储器EEPROM、电流DAC1和电流DAC2；存储器EEPROM接接口SPI，接口SPI通过电流DAC1接多路选通器，通过电流DAC2接第一级可编程增益放大器PGA1和第二级可编程增益放大器PGA2之间。

优选的，调理电路还包括振荡器OSC，振荡器OSC接接口SPI。振荡器OSC为调理电路提供工作需要的时钟信号。

优选的，电流DAC1通过两路电流源I1和电流源I2接入多路选通器。

优选的，铂电阻温度传感器RTD通过负载电阻Rcm接地。

优选的，精密电阻RZ为5个。

一种实现上述的智能化的电流输出传感器信号调理电路的调理方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：

1)连接铂电阻温度传感器RTD，根据应用温度范围配置不同的精密电阻Rz，由多路选通器进行选择；

2)输入级将流过铂电阻温度传感器RTD的电流和流过精密电阻Rz的电流进行差分输入，输入信号经过第一级可编程增益放大器PGA1进行可变增益放大后输出，增益值由SPI接口进行控制；

3)信号经过第二级可编程增益放大器PGA2后，采样部分输出再反馈至线性化电路对其输入进行控制，调节输入信号的线性化程度；

4)最终的信号通过第二级可编程增益放大器PGA2输出，再由高精度电压电流转换器V/I转换为需要的4～20mA的电流输出。

优选的，该方法还包括步骤5)需要配置的数据首先由存储器EEPROM通过接口SPI提前写入内部单元，在铂电阻温度传感器RTD实际应用时由内部单元直接进行加载，对第一级可编程增益放大器PGA1的增益、电流DAC1、电流DAC2的大小配置进行控制。

优选的，该方法还包括步骤6)调理电路工作需要的时钟信号、基准电压和基准电流由振荡器OSC和基准电路提供，确保电路精度的同时提高电路的整体性能。

铂电阻作为一种温度传感器，存在一定的输出误差和非线性，本发明提供的智能化的电流输出传感器信号调理电路及调理方法对信号进行放大转换的同时对其非线性进行处理，对铂电阻进行恒流供电，输入端将小信号进行放大，再转换为高精度可控的电流输出，其中增益的大小、非线性反馈输出由数字电路部分进行控制，因此本发明具有以下优点：

1、本发明通过一种智能化的电流输出传感器信号调理电路架构，采用单片化集成电路的实现方式，将放大、存储和非线性校准全部集成在一个芯片内部，集成化程度高。

2、本发明通过不同的应用范围选择不同的调零电阻Rz，可通过数字化的配置实现铂电阻的配置的智能传输、操作简单、补偿精度高、并且试用范围广。

附图说明

图1是本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。

参见图1，本发明具体实施例的结构包括铂电阻温度传感器RTD、多个精密电阻RZ、多路选通器、第一级可编程增益放大器PGA1、第二级可编程增益放大器PGA2、线性化电路、接口SPI、存储器EEPROM、电流DAC1、电流DAC2、振荡器OSC和高精度电压电流转换器V/I，铂电阻温度传感器RTD上并联多个精密电阻RZ，在本实施例中，根据铂电阻温度传感器RTD的应用温度范围，配置的精密电阻Rz为5个，分为Rz1—Rz5，铂电阻温度传感器RTD一端通过负载电阻Rcm接地，另一端和5个精密电阻Rz1—Rz5通过多路选通器接入第一级可编程增益放大器PGA1，第一级可编程增益放大器PGA1输出接入第二级可编程增益放大器PGA2输入端，第二级可编程增益放大器PGA2一路接高精度电压电流转换器V/I，另一路通过线性化电路反馈至第一级可编程增益放大器PGA1，存储器EEPROM接接口SPI，接口SPI分三路，第一路通过电流DAC1接多路选通器，该路电流DAC1通过两路电流源I1和电流源I2接入多路选通器，第二路接第一级可编程增益放大器PGA1，第三路通过电流DAC2接第一级可编程增益放大器PGA1和第二级可编程增益放大器PGA2之间，振荡器OSC接接口SPI。

其中线性化电路为现有的线性化电路。

本发明还提供了一种实现上述具体实施例的智能化的电流输出传感器信号调理电路的调理方法，该方法包括以下步骤：

1)连接铂电阻温度传感器RTD，根据应用温度范围配置不同的精密电阻Rz，由多路选通器进行选择；

2)输入级将流过铂电阻温度传感器RTD的电流和流过精密电阻Rz的电流进行差分输入，输入信号经过第一级可编程增益放大器PGA1进行可变增益放大后输出，增益值由SPI接口进行控制；

3)信号经过第二级可编程增益放大器PGA2后，采样部分输出再反馈至线性化电路对其输入进行控制，调节输入信号的线性化程度；

4)最终的信号通过第二级可编程增益放大器PGA2输出，再由高精度电压电流转换器V/I转换为需要的4～20mA的电流输出；

5)需要配置的数据首先由存储器EEPROM通过接口SPI提前写入内部单元，在铂电阻温度传感器RTD实际应用时由内部单元直接进行加载，对第一级可编程增益放大器PGA1的增益、电流DAC1、电流DAC2的大小配置进行控制；

6)调理电路工作需要的时钟信号、基准电压和基准电流由振荡器OSC和基准电路提供，确保电路精度的同时提高电路的整体性能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。