JHM1203的低成本、高精度應(yīng)用方案
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JHM1203簡介
JHM1203 是一款針對差分信號設(shè)計(jì)的高精度信號調(diào)理芯片。JHM1203內(nèi)部資源豐富，它集成了前置PGA、24-bit的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、溫度傳感器、數(shù)字處理器和存儲器。同時(shí)JHM1203專為低功耗應(yīng)用設(shè)計(jì)，工作電流小于0.6mA，待機(jī)電流小于0.1uA。
JHM1203內(nèi)部集成了多種補(bǔ)償算法，通過這些補(bǔ)償算法可對采集到的信號原始值進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償，包括對信號的零點(diǎn)偏差、靈敏度偏差和非線性偏差同時(shí)進(jìn)行最高二階的補(bǔ)償，補(bǔ)償算法的系數(shù)在芯片上集成的一次性可編程存儲器(OTP) 中進(jìn)行保存，掉電后仍可保持。補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)，由JHM1203通過IIC接口輸出。
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JHM1203內(nèi)部框架圖
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電阻測量模塊簡介
電阻測量模塊主要測量50Ω~3kΩ的電阻，得到這些電阻值后，和模塊相連接的MCU可以將阻值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度值，最終達(dá)到測溫的目的。50Ω~3kΩ的測量范圍可以使這個(gè)電阻測量模塊使用PT100、PT500、PT1000、NTC和PTC等測量出準(zhǔn)確的溫度值。需要補(bǔ)充說明一點(diǎn)，因?yàn)镴HM1203內(nèi)部集成了二階補(bǔ)償算法，所以此電阻測量模塊可以很好地修正熱敏電阻帶來的非線性偏差。
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電阻測量模塊電路圖
圖2 測量模塊電路圖
圖3 測量模塊實(shí)物圖
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測量模塊電路的工作原理
設(shè)計(jì)電路時(shí)，要考慮到JHM1203需要差分信號輸入、共模輸入范圍和最大可接受的信號范圍。JHM1203可接受的共模電壓范圍在0.65~1.05V，可接受的最大信號變化量為Vin*13.2<VDDB*0.9。為了得到更大的分辨率，需要通過調(diào)整R1~R4的阻值，使RT在阻值的變化范圍內(nèi)最大限度地接近JHM1203可接受的最大信號變化范圍。
JHM1203自帶恒壓激勵(lì)源VDDB，將R1和R2分壓后產(chǎn)生的固定電壓輸入VBN管腳；R3、R4和可變電阻RT分壓后得到和RT阻值成比例關(guān)系的電壓，將之輸入VBP管腳。
下面計(jì)算上文中圖2的電路
是否滿足JHM1203對共模電壓和最大信號變化量的要求：
已知VDDB為1.67V,RT變化范圍為50Ω~3kΩ
由圖2可知：
VBN=VDDB/(R1+R2)*R2=VDDB/2=0.835V
VBP= VDDB/(R3+R4+RT)*(R4+RT)
RT=50Ω時(shí)，VBP=0.837V
RT=3KΩ時(shí)，VBP=0.944V
圖2的共模電壓滿足JHM1203的要求。
取RT為最大值3kΩ
Vin=VBP-VBN=0.109V
Vin*13.2/VDDB=0.861
由以上的數(shù)據(jù)可知，圖2滿足JHM1203對最大信號輸入的要求。
另外JHM1203內(nèi)部ADC的參考電壓和對外電壓激勵(lì)都是VDDB，這兩個(gè)電壓的溫度系數(shù)在公式中可以互相抵消，故可以忽略VDDB的溫漂對采集精度的影響。
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校準(zhǔn)過程
圖4 參數(shù)配置界面
使用評估軟件舉例校準(zhǔn)過程，首先確定RT的變化范圍為50Ω~3kΩ，設(shè)置放大倍數(shù)為13.2倍（需要注意：總放大倍數(shù)等于第一和第二級前置放大器的倍數(shù)二者相乘），設(shè)置為正極性，ADC偏置選擇-1/16~15/16；接著在校正界面，選擇校準(zhǔn)算法為3PT-SOT_BR，即修正采集到電阻信號的非線性，采集50Ω、1.5kΩ和3kΩ對應(yīng)的原始數(shù)據(jù)，最后使用上位機(jī)計(jì)算出校準(zhǔn)參數(shù)，驗(yàn)證，寫入OTP。
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校準(zhǔn)后的兩個(gè)電阻測量模塊實(shí)測精度曲線
圖5 實(shí)測精度曲線
經(jīng)過實(shí)測，兩塊電阻測量模塊的精度小于0.12%FS，溫度測量偏差小于0.84℃（測溫范圍-100~600℃），此精度可以滿足絕大多數(shù)測溫的應(yīng)用。
