基于類比高性能16bit ADC ADX112的熱電偶檢測(cè)方案

摘要

盡管熱電偶具備上述優(yōu)點(diǎn)，但其輸出的熱電勢(shì)信號(hào)相對(duì)較弱，通常最大不超過(guò)50mV，這為信號(hào)采集環(huán)節(jié)帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。此外，為了確保測(cè)量的準(zhǔn)確性，冷端補(bǔ)償是不可或缺的環(huán)節(jié)。針對(duì)這些挑戰(zhàn)，上海類比半導(dǎo)體技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“類比半導(dǎo)體”或“類比”）推出的ADX112提供了一個(gè)高效且成本效益高的解決方案。ADX112具備卓越的噪聲性能，在數(shù)據(jù)率低于32sps時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)16位的NNOB，確保了測(cè)量結(jié)果的精確度。其內(nèi)置的高性能PGA和電壓基準(zhǔn)，為系統(tǒng)提供了高度的穩(wěn)定性，PGA和內(nèi)置電壓基準(zhǔn)的溫漂僅為8ppm/°C。ADX112還集成了一個(gè)高精度的溫度傳感器，其在0°C至70°C的工作溫度范圍內(nèi)，誤差控制在最大0.5°C以內(nèi)，這一特性使得該傳感器非常適合用于熱電偶的冷端補(bǔ)償。

一、熱電偶檢測(cè)原理

1.1 熱電效應(yīng)的科學(xué)基礎(chǔ)

熱電偶是一種精密的傳感器，它通過(guò)連接兩種不同金屬材料的一端來(lái)利用熱電效應(yīng)測(cè)量溫度。熱電效應(yīng)，主要包括塞貝克(Seebeck)效應(yīng)、帕爾帖(Peltire)效應(yīng)和湯姆遜(Thomson)效應(yīng)等，是由溫差引起的電效應(yīng)或由電流引起的可逆熱效應(yīng)，也稱為溫差電效應(yīng)。

從電子論角度分析，金屬和半導(dǎo)體中的電流和熱流均與電子緊密相關(guān)。溫度差異引起的電子能級(jí)躍遷和熱量轉(zhuǎn)移構(gòu)成了熱電效應(yīng)的基礎(chǔ)。塞貝克效應(yīng)，作為與熱電偶相關(guān)的效應(yīng)，由德國(guó)科學(xué)家賽貝克在1821年發(fā)現(xiàn)：當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體相連接時(shí)，如兩個(gè)連接點(diǎn)保持不同的溫度，會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生一個(gè)與溫差成正比的電動(dòng)勢(shì)，公式表示為：

V=a△T

其中，V為溫差電動(dòng)勢(shì)，a為溫差電動(dòng)勢(shì)率，△T 為兩接觸點(diǎn)間的溫差。

例如，鐵與銅的冷接頭為1℃，熱接頭處為100℃，則有5.2毫伏的溫差電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。

塞貝克效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)為溫差電偶的制造提供了理論依據(jù)，使得利用適當(dāng)?shù)慕饘俳M合，可以測(cè)量從-180℃到+2000℃，甚至更高溫度范圍的溫度。

在提供的示意圖中，A和B代表兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體，定義為熱電極。接點(diǎn)1作為工作端或熱端，其溫度標(biāo)記為t；接點(diǎn)2作為自由端或冷端，其溫度標(biāo)記為t0。這兩點(diǎn)的溫差驅(qū)動(dòng)了熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)。

熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)由兩種材料的接觸電勢(shì)和單一材料的溫差電勢(shì)兩部分組成：

●   接觸電勢(shì)：不同材料的導(dǎo)體在接觸點(diǎn)因電子密度差異產(chǎn)生電子擴(kuò)散，形成電位差。這個(gè)電位差與接觸點(diǎn)的材料屬性和溫度直接相關(guān)。

●   溫差電勢(shì)：同一導(dǎo)體兩端因溫度差異產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這一現(xiàn)象與導(dǎo)體的物理性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的尺寸、截面積或溫度分布無(wú)關(guān)。

熱電偶回路電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式為：

EAB(t,t0) = eAB(t) - eAB(t0) - ( eA(t,t0) - eB(t,t0) )

當(dāng)熱電偶的電極材料確定后，熱電動(dòng)勢(shì)成為熱端和冷端溫度差的函數(shù)。工程技術(shù)中通常假定熱電勢(shì)主要由接觸電勢(shì)決定，并借助熱電偶分度表來(lái)確定被測(cè)介質(zhì)的溫度。這種應(yīng)用方法簡(jiǎn)化了溫度測(cè)量過(guò)程，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

1.2 熱電偶基本定律的精準(zhǔn)闡釋

1.2.1 均質(zhì)導(dǎo)體定律

均質(zhì)導(dǎo)體定律指出：當(dāng)由相同均質(zhì)材料構(gòu)成的兩端焊接形成閉合回路時(shí)，不論導(dǎo)體的截面如何變化或溫度如何分布，接觸電勢(shì)均不會(huì)生成，溫差電勢(shì)相互抵消，使得回路中的總電勢(shì)恒為零。這一定律明確了熱電偶必須由兩種不同均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)成，確保了熱電偶的準(zhǔn)確性。若材料不均勻，溫度梯度將導(dǎo)致額外的熱電勢(shì)產(chǎn)生。

證明過(guò)程：熱電偶的總電勢(shì)由接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)共同決定。在材料相同的情況下，接觸電勢(shì)為零；溫差電勢(shì)由于大小相等、方向相反，相互抵消。

實(shí)際應(yīng)用：利用均質(zhì)導(dǎo)體定律，我們可以驗(yàn)證熱電極材料的一致性，即通過(guò)同名極檢驗(yàn)法，同時(shí)檢查材料的均勻性，確保熱電偶的性能。

1.2.2 中間導(dǎo)體定律

中間導(dǎo)體定律闡明：在熱電偶回路中加入第三種導(dǎo)體，只要該導(dǎo)體的接觸點(diǎn)溫度一致，總熱電動(dòng)勢(shì)將保持不變。

證明過(guò)程：

EABC(t,t0) = eAB(t) + eBC(t0) + eCA(t0)

在t=t0的條件下，中間導(dǎo)體定律保證了eAB(t0) + eBC(t0) + eCA(t0) = 0，從而簡(jiǎn)化為：

EABC(t,t0) = eAB (t) - eAB (t0) = EAB (t,t0)

實(shí)際應(yīng)用：在熱電偶的實(shí)際應(yīng)用中，通常采用熱端焊接、冷端開(kāi)路的方式，并通過(guò)連接導(dǎo)線與顯示儀表構(gòu)成測(cè)溫系統(tǒng)。例如，使用銅導(dǎo)線連接熱電偶冷端至儀表，即使在連接處產(chǎn)生接觸電勢(shì)，也不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成附加誤差。

1.2.3 中間溫度定律

熱電偶回路兩接點(diǎn)（溫度為t，t0）間的熱電勢(shì)，等于熱電偶在溫度為t、tn時(shí)的熱電勢(shì)與在溫度為tn、t0時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。tn即中間溫度。

證明過(guò)程：

EAB (t,tn) + EAB (tn, t0) = eAB (t) - eAB (tn) + eAB (tn) - eBC (t0) = eAB (t) - eAB (t0) = EAB (t, t0)

即，EAB (t, t0) = EAB (t, tn) + EAB (tn, t0)

實(shí)際應(yīng)用：鑒于熱電偶的E-T關(guān)系通常呈現(xiàn)非線性，當(dāng)中性溫度不為0℃時(shí)，不能直接利用實(shí)際熱電勢(shì)查表求取熱端溫度。中間溫度定律為在非標(biāo)準(zhǔn)條件下修正溫度測(cè)量提供了理論支持，并為補(bǔ)償導(dǎo)線的使用奠定了基礎(chǔ)。

1.2.4 標(biāo)準(zhǔn)電極定律（參考電極定律）

標(biāo)準(zhǔn)電極定律提供了一個(gè)簡(jiǎn)化熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)測(cè)定的實(shí)用方法：已知兩種導(dǎo)體與第三種導(dǎo)體組成的熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)后，這兩種導(dǎo)體間組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)也得以確定。

實(shí)際應(yīng)用：標(biāo)準(zhǔn)電極定律是一個(gè)極為實(shí)用的定律。面對(duì)眾多的純金屬和合金類型，直接測(cè)量每種組合的熱電動(dòng)勢(shì)是一項(xiàng)龐大的工作。鉑因其物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、高熔點(diǎn)、易提純等特性，常被選作標(biāo)準(zhǔn)電極。通過(guò)測(cè)定各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)，可以間接獲得其他金屬組合的熱電動(dòng)勢(shì)值，極大簡(jiǎn)化了熱電偶的標(biāo)定過(guò)程。

二、基于ADX112的熱電偶檢測(cè)方案

2.1 ADX112Q簡(jiǎn)介

類比半導(dǎo)體推出的ADX112Q是一款精密、低功耗、16 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，提供MSOP-10封裝和QFN-10封裝。 ADX112Q集成了可編程增益放大器(PGA)、電壓基準(zhǔn)、 振蕩器和高精度溫度傳感器。這些特性以及2V至5.5V 的寬電源范圍使 ADX112Q非常適合功率受限和空間受限的傳感器測(cè)量應(yīng)用。ADX112Q能以高達(dá)每秒860個(gè)樣本(SPS)的數(shù)據(jù)速率執(zhí)行轉(zhuǎn)換。PGA提供從±256mV到±6.144V的輸入范圍，允許以高分辨率測(cè)量大信號(hào)和小信號(hào)。輸入多路復(fù)用器(MUX)允許測(cè)量?jī)蓚€(gè)差分或四個(gè)單端輸入。高精度溫度傳感器可用于系統(tǒng)級(jí)溫度監(jiān)測(cè)或熱電偶冷端補(bǔ)償。ADX112Q可以在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下工作，也可以在轉(zhuǎn)換后自動(dòng)關(guān)斷的單次模式下工作。單次模式能顯著降低空閑期間的電流消耗。數(shù)據(jù)通過(guò)串行外設(shè)接口(SPI?)傳輸。ADX112Q的額定溫度范圍為–40°C 至 125°C。

特性

●   AEC-Q100 (僅限 ADX112Q)

●   超小型 QFN 封裝：2mm × 1.5mm × 0.4mm

●   小型 3mm × 3mm MSOP 封裝

●   寬電源范圍：2V 至 5.5V

●   低電流消耗： 連續(xù)模式：僅 145μA 單次模式：自動(dòng)關(guān)機(jī)

●   可編程數(shù)據(jù)速率：8SPS 至 860SPS

●   單周期穩(wěn)定

●   內(nèi)部低漂移參考電壓

●   內(nèi)部振蕩器

●   SPI 兼容接口

●   內(nèi)部 PGA

●   四個(gè)單端或兩個(gè)差分輸入

●   工作溫度范圍：–40°C 至 125°C

2.2 電路設(shè)計(jì)

下圖是基于ADX112Q的雙通道K型熱電偶檢測(cè)電路，該方案用內(nèi)部高精度溫度傳感器進(jìn)行冷端補(bǔ)償。

與熱電偶檢測(cè)相關(guān)的外電路非常簡(jiǎn)潔，只需要偏置電阻和抗混疊濾波電路。

偏置電阻(RPU和RPD)有兩個(gè)用途:

■   將輸入信號(hào)的直流偏置設(shè)置在VDD/2左右，提供穩(wěn)定的共模輸入

■   檢測(cè)熱電偶導(dǎo)線是否開(kāi)路

該電路中，熱電偶的兩端分別通過(guò)RPU和RPD連接至VDD和GND。偏置電阻取值范圍通常為500kΩ 至 10MΩ，取較大的阻值旨在減少流經(jīng)熱電偶的偏置電流，避免因自加熱效應(yīng)產(chǎn)生額外的電壓降，從而引入測(cè)量誤差。同時(shí)，電阻值也不宜過(guò)大，確保提供充足的偏置電流。本設(shè)計(jì)中，偏置電阻選用1MΩ，產(chǎn)生1.65uA的偏置電流。在正常運(yùn)行時(shí)，這兩個(gè)電阻將熱電偶的直流偏置點(diǎn)設(shè)置為VDD/2左右，而熱電偶電壓的范圍為 -6.5mV至55mV；一旦熱電偶斷開(kāi)，1MΩ的RPU和RPD和ADC輸入內(nèi)阻形成分壓（FSR = ±0.256V時(shí)，ADX112的差分輸入阻抗為0.9MΩ），ADC的差分輸入信號(hào)將達(dá)到約1.024V，遠(yuǎn)超正常電壓范圍，導(dǎo)致ADC的讀數(shù)達(dá)到7FFFh，從而輕易識(shí)別出開(kāi)路故障狀態(tài)。

差模電容Cdiff需要至少為共模電容Ccm的10倍，這樣的設(shè)計(jì)使得共模濾波器的截止頻率大約是差分濾波器截止頻率的20倍。這一設(shè)計(jì)的原因在于，共模電容的不匹配（即容值有差異）可能導(dǎo)致2個(gè)通道的共模濾波截止頻率出現(xiàn)差異，從而使共模噪聲轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅Ｔ肼曔M(jìn)入信號(hào)輸入端；上文提到，共模濾波器的截止頻率比差模濾波器的高20倍左右，那么因?yàn)楣材ｋ娙莶慌渲靡鸩钅８蓴_的頻率也會(huì)遠(yuǎn)高于差模濾波器截止頻率，可以有效濾除因共模電容不匹配引入的高頻差模干擾。

RC濾波器中的電阻選用了500歐姆，這一取值避免了與ADX112的輸入阻抗形成不利的分壓效應(yīng)，防止對(duì)增益誤差造成過(guò)大影響。若系統(tǒng)設(shè)計(jì)中已考慮對(duì)增益誤差進(jìn)行校準(zhǔn)，則電阻的取值可以適當(dāng)放寬。

在電路布局時(shí)，應(yīng)將ADX112與熱電偶的接線端子盡可能靠近，以減少ADX112內(nèi)部溫度與熱電偶實(shí)際參考端（冷端）之間的溫差，從而降低對(duì)最終溫度測(cè)量誤差的影響。

SPI接口的設(shè)計(jì)同樣經(jīng)過(guò)周密考慮，以確保良好的抗擾性。在MCU與SPI口的各引腳之間串接了一個(gè)小電阻（約50Ω），并預(yù)留了上拉電阻，以便在EMC測(cè)試中遇到問(wèn)題時(shí)進(jìn)行必要的調(diào)整。這種設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也為應(yīng)對(duì)電磁兼容性測(cè)試提供了靈活性。

三、基于ADX112的軟件設(shè)計(jì)

3.1 精準(zhǔn)的冷端補(bǔ)償策略

在軟件設(shè)計(jì)中，將檢測(cè)到的熱電偶電壓轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度值是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)。這一過(guò)程需要依賴熱電偶分度表，該表通常是在參考端（冷端）溫度為0℃時(shí)記錄的工作端（熱端）溫度數(shù)據(jù)。

正確的冷端補(bǔ)償流程如下：

1.參考端溫度的準(zhǔn)確獲?。?/strong>首先，從熱電偶分度表中查詢得到參考端（冷端）溫度Tcj所對(duì)應(yīng)的電壓Vcj。對(duì)于ADX112Q，可以通過(guò)讀取內(nèi)部溫度傳感器的寄存器轉(zhuǎn)換結(jié)果來(lái)獲得冷端溫度Tcj。

2.電壓轉(zhuǎn)換與補(bǔ)償：將熱電偶測(cè)量得到的電壓Vtc（相當(dāng)于EAB(Ttc,Tcj)與查表得到的Vcj（相當(dāng)于EAB(Tcj,0)相加，得到總電壓Vtct。然后在分度表中查找與Vtct（相當(dāng)于EAB(Ttc,0)對(duì)應(yīng)的溫度Ttc。

示例分析：

假設(shè)ADX112測(cè)量得到的K型熱電偶熱電勢(shì)為40mV，同時(shí)內(nèi)部溫度傳感器測(cè)得的冷端溫度為20℃，我們?nèi)绾未_定被測(cè)溫度？

1.根據(jù)K型熱電偶分度表，查得20℃時(shí)對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)為0.798mV

2.將此值與測(cè)量得到的40mV相加，得到40.798mV

3.最后，根據(jù)分度表查找此總電壓對(duì)應(yīng)的溫度，得到被測(cè)溫度為980.823℃

警示與糾正：

一些工程師可能會(huì)直接將測(cè)量得到的熱電偶電壓轉(zhuǎn)換為溫度值并與冷端溫度相加，這種方法忽略了熱電偶中間溫度定律，因而是錯(cuò)誤的。正確的做法是按照上述步驟進(jìn)行冷端補(bǔ)償，以確保溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。

通過(guò)上述精確的軟件設(shè)計(jì)方法，可以充分利用ADX112Q的高性能特性，實(shí)現(xiàn)熱電偶檢測(cè)中的高精度溫度測(cè)量。

3.2 編程精要：ADX112接口與寄存器配置

本小節(jié)將闡述ADX112的編程精要，對(duì)于詳細(xì)的配置步驟和未盡事宜，強(qiáng)烈建議詳細(xì)閱讀ADX112Q的數(shù)據(jù)手冊(cè)，以確保編程的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。通過(guò)精確的配置，可以充分發(fā)揮ADX112Q在熱電偶檢測(cè)及其他傳感器測(cè)量應(yīng)用中的性能潛力。

3.2.1 SPI通訊協(xié)議

在SPI通信中，ADX112的SCLK引腳在空閑狀態(tài)時(shí)保持低電平，并在SCLK的下降沿鎖存DIN線上的數(shù)據(jù)。因此，微控制器(MCU)的SPI接口應(yīng)配置為MODE 1模式（CPOL = 0, CPHA = 1），以確保數(shù)據(jù)的正確同步和傳輸。

3.2.2 寄存器架構(gòu)

ADX112的寄存器架構(gòu)簡(jiǎn)潔高效，包含兩個(gè)16位寄存器：AD轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器（CONVERSION REGISTER）和配置寄存器（CONFIG REGISTER）。特別需要注意的是，轉(zhuǎn)換結(jié)果以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)。若需顯示負(fù)數(shù)的絕對(duì)值，必須先進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換。

3.2.3 數(shù)據(jù)傳輸周期

ADX112Q支持在單一數(shù)據(jù)傳輸周期內(nèi)直接回讀配置寄存器的設(shè)置。一個(gè)完整的數(shù)據(jù)傳輸周期由32位組成，當(dāng)啟用配置寄存器數(shù)據(jù)回讀功能時(shí)；若CS線可控，且未設(shè)置為永久低電平，則周期為16位。在實(shí)際應(yīng)用中，32位的數(shù)據(jù)傳輸周期更為常見(jiàn)。

在32位的數(shù)據(jù)傳輸周期中，數(shù)據(jù)由四字節(jié)組成：前兩個(gè)字節(jié)包含轉(zhuǎn)換結(jié)果，后兩個(gè)字節(jié)為配置寄存器的回讀數(shù)據(jù)。系統(tǒng)始終優(yōu)先讀取最高有效字節(jié)(MSB)。

3.2.4 設(shè)置配置寄存器

在本方案中，配置寄存器的設(shè)置是確保ADX112Q正確操作的關(guān)鍵步驟。以下是針對(duì)本方案的配置要點(diǎn)：

1） 模式選擇（MODE）

考慮到本方案涉及兩路K型熱電偶輸入及內(nèi)部溫度測(cè)量的需求，配置寄存器的MODE位（bit8）應(yīng)設(shè)置為“Power-down and single-shot mode”。此模式在單次轉(zhuǎn)換后自動(dòng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，適合對(duì)功耗有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景。

2） 可編程增益放大器（PGA[2:0]）

K型熱電偶的測(cè)溫范圍廣泛，從-270℃至1370℃，對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì)為-6.5mV至54.8mV。為了適應(yīng)這一輸入范圍，并且與ADX112的全量程±0.256V相匹配，PGA的增益應(yīng)設(shè)置為0b111，確保信號(hào)在ADC的整個(gè)量化范圍內(nèi)得到準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換。

3） 輸入多路復(fù)用器（MUX[2:0]）

由于需要處理兩路差分輸入的K型熱電偶信號(hào)，MUX寄存器應(yīng)根據(jù)輸入通道在0b000和0b011之間進(jìn)行切換，以選擇正確的輸入通道。

4） 數(shù)據(jù)速率（DR[2:0]）

數(shù)據(jù)速率的設(shè)置決定了ADC的采樣速度。在此方案中，DR位應(yīng)設(shè)置為0b000，對(duì)應(yīng)于8sps的數(shù)據(jù)速率，平衡了轉(zhuǎn)換精度和系統(tǒng)功耗。

5） 溫度傳感器模式（TS_MODE）

TS_MODE位通常設(shè)置為0，以選擇ADC模式。當(dāng)需要進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，應(yīng)將此位設(shè)置為1，以切換至溫度傳感器模式（Temperature sensor mode）。

6） 無(wú)操作位（NOP[1:0]）

在進(jìn)行寄存器寫入操作時(shí)，NOP位必須設(shè)置為0b01，以確保寫入操作被執(zhí)行。若設(shè)置為其他值，寫入操作將被忽略。

7） 單次啟動(dòng)位（SS）

在Power-down and single-shot mode（單次模式）下，SS設(shè)置為1啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在讀取SS位時(shí)，0表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行中，而1表示轉(zhuǎn)換已完成，此時(shí)可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。值得注意的是，當(dāng)SS位為1時(shí)，應(yīng)再次讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器，而不是直接采用本次讀上來(lái)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，DOUT/DRDY引腳將輸出低電平，為系統(tǒng)提供了另一種判斷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成的方式。

3.2.5 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

在配置寄存器正確設(shè)置之后，接下來(lái)的任務(wù)是按照既定流程切換通道并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。以下是詳細(xì)的步驟：

1） 啟動(dòng)通道1單次轉(zhuǎn)換：首先，向ADX112Q發(fā)送0x8F0B指令，此操作將完成配置并觸發(fā)單次轉(zhuǎn)換的開(kāi)始。

2）  查詢轉(zhuǎn)換狀態(tài)：隨后，發(fā)送0x0F0B指令以查詢轉(zhuǎn)換狀態(tài)位SS。若SS位為0，表明轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行中，此時(shí)需繼續(xù)監(jiān)控。

3） 保存通道1轉(zhuǎn)換結(jié)果并切換通道：一旦SS位變?yōu)?，表示轉(zhuǎn)換已完成。此時(shí)，發(fā)送0xBF0B指令，將讀取的轉(zhuǎn)換結(jié)果保存，該結(jié)果將作為通道1（連接至AIN0和AIN1）的有效數(shù)據(jù)。

4） 重復(fù)查詢流程：再次發(fā)送0x030B指令，重新查詢SS狀態(tài)。若SS位為0，繼續(xù)監(jiān)控；若為1，則表明通道2的轉(zhuǎn)換已完成。

5） 保存通道2轉(zhuǎn)換結(jié)果并切換通道：對(duì)于通道2（連接至AIN2和AIN3），發(fā)送0x8F0B指令，將讀取的轉(zhuǎn)換結(jié)果保存，作為該通道的有效數(shù)據(jù)。

6） 循環(huán)操作：返回至第2步，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)操作，以持續(xù)監(jiān)測(cè)和記錄各通道的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

3.2.6  內(nèi)置溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取方法

啟用內(nèi)置溫度傳感器模式，需將配置寄存器CONFIG REGISTER中的TS_MODE位設(shè)置為1。此時(shí)，溫度數(shù)據(jù)將以16位轉(zhuǎn)換結(jié)果中的14位左對(duì)齊格式表示，且從最高有效字節(jié)（MSB）開(kāi)始輸出。讀取這兩個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)時(shí)， 前14位用于表示溫度測(cè)量結(jié)果。一個(gè)LSB 等于 0.03125°C。負(fù)數(shù)以二進(jìn)制補(bǔ)碼格式表示，如下表所示。

四、總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了基于類比半導(dǎo)體高性能16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADX112的熱電偶檢測(cè)方案。通過(guò)深入分析熱電偶的工作原理、基本定律以及在信號(hào)采集環(huán)節(jié)中的挑戰(zhàn)，我們展示了ADX112在解決這些挑戰(zhàn)中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。ADX112的卓越噪聲性能、寬輸入范圍、高精度溫度傳感器以及低功耗特性，使其成為熱電偶檢測(cè)應(yīng)用的理想選擇。

在電路設(shè)計(jì)方面，我們提供了簡(jiǎn)潔而高效的設(shè)計(jì)方案，包括偏置電阻和抗混疊濾波電路的合理配置，確保了信號(hào)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。軟件設(shè)計(jì)部分，我們?cè)敿?xì)闡述了冷端補(bǔ)償?shù)闹匾院蛯?shí)施方法，以及與ADX112通信和數(shù)據(jù)處理相關(guān)的編程要點(diǎn)，確保了用戶能夠準(zhǔn)確讀取和轉(zhuǎn)換熱電偶信號(hào)為溫度值。

通過(guò)實(shí)際應(yīng)用案例的分析，我們證明了ADX112在熱電偶檢測(cè)中的高性能表現(xiàn)，不僅滿足了工業(yè)應(yīng)用中的嚴(yán)苛要求，還通過(guò)其內(nèi)置的高精度溫度傳感器，簡(jiǎn)化了冷端補(bǔ)償?shù)膹?fù)雜性，提高了整體測(cè)量的精度和可靠性。

ADX112的推出，不僅豐富了類比半導(dǎo)體在模擬和數(shù)?；旌闲酒I(lǐng)域的產(chǎn)品線，也為熱電偶檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展樹(shù)立了新的標(biāo)桿。我們相信，憑借其高性能、靈活性和成本效益，ADX112將為工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域帶來(lái)更多創(chuàng)新的可能，助力客戶實(shí)現(xiàn)更高效、更智能的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求的日益增長(zhǎng)，類比半導(dǎo)體將繼續(xù)致力于技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)高精度、高穩(wěn)定性能的芯片研發(fā)，滿足工業(yè)和汽車等市場(chǎng)的多樣化需求。我們期待與廣大客戶和合作伙伴攜手前進(jìn)，共創(chuàng)更加智能化和科技化的未來(lái)。