ZHCAB89 February   2021 ADS1120 , ADS112C04 , ADS112U04 , ADS114S06 , ADS114S06B , ADS114S08 , ADS114S08B , ADS1220 , ADS122C04 , ADS122U04 , ADS124S06 , ADS124S08 , ADS125H02 , ADS1260 , ADS1261 , ADS1262 , ADS1263

 

  1.   摘要
  2.   商标
  3. 1引言
  4. 2用于检测 RTD 系统中断线问题的功能
    1. 2.1 使用持续 VREF 监控器来检测断线
    2. 2.2 使用周期性 VREF 监控器来检测断线
    3. 2.3 使用单独的模拟输入来检测断线
  5. 3不同 RTD 配置的断线检测方法
    1. 3.1 2 线 RTD 中的断线检测
    2. 3.2 3 线 RTD 中的断线检测
      1. 3.2.1 单 IDAC、3 线 RTD 系统中的断线检测
        1. 3.2.1.1 在单 IDAC、3 线 RTD 系统中检测引线 2 上的断线问题
          1. 3.2.1.1.1 在采用高侧 RREF 的单 IDAC、3 线 RTD 系统中检测引线 2 上的断线问题
        2. 3.2.1.2 单 IDAC、3 线 RTD 系统的断线检测总结
      2. 3.2.2 双 IDAC、3 线 RTD 系统中的断线检测
        1. 3.2.2.1 在采用低侧 RREF 的双 IDAC、3 线 RTD 系统中检测引线 1 或 2 断线问题
        2. 3.2.2.2 在采用高侧 RREF 的双 IDAC、3 线 RTD 系统中检测引线 1 或 2 断线问题
        3. 3.2.2.3 双 IDAC、3 线 RTD 系统的断线检测总结
    3. 3.3 4 线 RTD 系统中的断线检测
      1. 3.3.1 在采用低侧 RREF 的 4 线 RTD 系统中检测引线 2 和引线 3 上的断线问题
      2. 3.3.2 在采用高侧 RREF 的 4 线 RTD 系统中检测引线 2 和引线 3 上的断线问题
      3. 3.3.3 4 线 RTD 系统的断线检测总结
  6. 4适用于 RTD 断线检测的稳定时间注意事项
  7. 5总结
  8.   A 集成式 PGA 电源轨检测如何帮助识别断线问题
  9.   B 用于 RTD 断线检测的伪代码
    1.     B.1 用于 2 线 RTD 系统（低侧或高侧 RREF）的伪代码
    2.     B.2 用于单 IDAC、3 线 RTD 系统（低侧或高侧 RREF）的伪代码
    3.     B.3 用于双 IDAC、3 线 RTD 系统（低侧或高侧 RREF）的伪代码
    4.     B.4 用于 4 线 RTD 系统（低侧或高侧 RREF）的伪代码
3.2.1.1.1 在采用高侧 RREF 的单 IDAC、3 线 RTD 系统中检测引线 2 上的断线问题

如果使用的是高侧 RREF，则需要在执行诊断测量时进行多项配置更改：

  • 切换 IDAC1 以在引线 2 上输出 (AINN)
  • 启用 IDAC2 以在引线 3 上输出 (AINCOM)
  • 选择 ADC 内部 VREF 作为基准电压源
  • 选择 AINN 和 AINCOM 作为测量输入（必要时）
  • 降低 PGA 增益（必要时）
  • 减小 IDAC 电流强度（必要时）

需要另一个基准电压源，以便检查对故障进行测量的结果，因为这种情况下无法强制电流流过 RREF。此操作与所有其他测量例程都不同，并一定要确保在诊断周期完成时重新选择外部 VREF 输入。

另外，在必要时考虑使用最后三个步骤，因为系统可能已在诊断测量开始前进行了这样的配置。例如，单 IDAC、3 线 RTD 系统始终要进行两次测量，以消除引线电阻：首先是 AINP 和 AINN 之间，其次是 AINN 和 AINCOM 之间。因此，可以在第二次测量后、已选择 AINN 和 AINCOM 时实现此诊断例程，从而节省一些通信和开关时间。另外，系统可能正在测量较大的 RTD（例如 Pt1000），其中 PGA 增益已设为 1V/V 并且 IDAC 电流强度较小。后两个步骤对于故障检测非常重要，此节稍后会更详细地介绍这方面内容。

图 3-5显示了如何为采用高侧 RREF 的单 IDAC、3 线 RTD 系统实现诊断测量。

GUID-20210107-CA0I-FXKV-TDF8-Q4PTRTCBJFDR-low.gif图 3-5 诊断测量使用高侧 RREF 来检测引线 2 是否断开

如果此诊断测量期间引线 2 未断开，那么 AINx 引脚上会出现以下电压（由Equation1 和Equation2 确定）：

Equation1. VAINN = IDAC1 · (RFILTER + RLEAD2 + RLEAD3 + RBIAS) + IDAC2 · RBIAS
Equation2. VAINCOM = IDAC1 · RBIAS + IDAC2 · (RFILTER + RBIAS)

AINN 和 AINCOM 之间产生的差分电压 VIN (no wire break)可以通过Equation3 计算，其中假定 RLEAD2 = RLEAD3，IDAC1 = IDAC2 且 RFILTER 电阻器匹配良好：

Equation3. VIN (no wire break) = VAINN – VAINCOM = IDAC1 · (2 · RLEADx)

如果没有发生会导致电路运行方式发生改变的故障，VIN (no wire break)电压会非常小，因为 RLEADx 在大多数情况下都小于 10Ω。

相比之下，当引线 2 断开时，IDAC1 接地路径会消失，从而导致 IDAC1 试图强制电流进入高阻抗模拟输入 AINN。高阻抗作用相当于开路，因此当 IDAC 电路尝试保持恒定电流时，AINN 上的电压会升高。最终，此电压会被驱动至正电源 (AVDD)，使得目前的 AINN 也约等于 AVDD。

另外，AINCOM 上的电压实际上会降低，因为 IDAC1 不再能够流过 RLEAD3 和 RBIAS，进而导致 AINCOM 处出现一个绝对电压，如Equation4 所示：

Equation4. VAINCOM (wire break) = IDAC2 · (RFILTER + RBIAS)

AINN 和 AINCOM 之间产生的差分电压 VIN (wire break)可以通过Equation5 计算得出：

Equation5. VIN (wire break) = VAINN – VAINCOM = AVDD – IDAC2 · (RFILTER + RBIAS)

假设根据此节开头时讨论的配置更改选择了较小的 IDAC2 强度，VIN (wire break)会明显大于 VIN (no wire break)，因此很容易检测到。为了量化较小的 IDAC2 强度 所代表的意思，需要考虑系统中的 AVDD 电压以及 RFILTER 和 RBIAS 的大小，这两个电阻通常分别近似为 1kΩ 至 5kΩ。例如，如果 AVDD = 5V、RFILTER = 5kΩ 且 RBIAS = 2kΩ，那么选择 100 µA 的 IDAC 强度会是一个不错的起点。假设 RLEADx = 10Ω，则可以将这些值输入Equation6 和Equation7，以确定结果是否能清楚地指示何时发生故障：

Equation6. VIN (no wire break) = IDAC1 · (2 · RLEADx) = 100 µA · 2 · 10 Ω = 0.002 V
Equation7. VIN (wire break) = AVDD – IDAC2 · (RFILTER + RBIAS) = 5 V – 100 µA · (5 kΩ + 2 kΩ) = 4.3 V

在本例中，应将 PGA 增益设为 1V/V，以便可以测量 VIN (wire break)而不会导致放大器饱和。系统所需的具体增益最终取决于不同的电阻值、AVDD 和所选的 IDAC 电流强度，因此应注意适当地选择这些值。