一种新型的可编程的4~20mA二线制变送器XTR108及其应用

　　1　引言

　　XTR108是美国TI公司最新推出的内部含有可编程信号调理电路的4~20 mA电流环二线制变送器芯片。该芯片专为温度和桥式传感器设计,可应用于远地RTD变送器、压力桥变送器、应变仪、重量系统及工业过程控制。芯片内带有与 标准的SPI串行总线兼容的数字通信接口,经SPI接口[2]允许用户对模拟信号路径的零点偏移、量程范围及传感器的非线性系数等进行全数字校准,无需外 接电位器和手动微调。所有设定及校正参数通过标准的数字接口存储在外部非易失存储器EEPROM器件中。上电时,XTR108自动从EEPROM读回设定 参数。

　　2　XTR108内部结构及工作原理简介

　　XTR108内部结构简图如图1所示,包括模拟信号调理及SPI数字接口与控制逻辑两大部分。模拟信号路径包含6路模拟输入/输出多路转换器、 可编程增益仪用放大器PGA、两路匹配的可编程参考电流源(外部传感器的激励源)、线性化调整电路、电压参考电路、输出电流放大器(V/I)及电压调整器 等。激励电流输出与PGA输入可以接入任何一个V/I管脚,使传感器激励输出和PGA输入组态非常灵活。可编程放大器PGA增益设置为7档,放大倍数分别 为6.25/12·5/25/50/100/200/400,增益设定取决于量程。

　　由于传感器与电阻失配或传感器非理想化致使PGA输出造成的零点偏移,可方便地通过对片内两个可双向控制的8位数/模转换器DAC(即零点粗调 DAC与零点细调DAC)进行数字修正,以补偿放大器PGA的零点偏移。片内还集成有电流粗调DAC与细调DAC,两个激励电流源输出电流的数值同时受输 入给DAC的数字量控制,控制极性为双向。XTR108使用了增益为50倍的电流放大器,PGA输出经V/I电路转换成4~20mA的环路电流。线性化校 正电路由线性DAC组成,用于补偿传感器的非线性,其非线性改善比率高达40∶1。片内还带有精密的能隙参考电压源,出厂校准值为1.193 V,当使用内部参考电压时,REFout与REFin必须连接在一起。

　　3　主要引脚功能

　　XTR108采用SSOP-24封装形式,其引脚排列如图2所示。其中V/I0~V/I5为多路模拟输入与参考电流输出通道,CF引脚用以外接 滤波电容,Vo为PGA放大器电压输出端,Iin是电流放大器的输入管脚,4~20mA的环路电流由Io引脚输出,Iret端为系统电位参考点。Vs端作 为电压调整器的输出电压,其值为5V,可供外部电路使用。Vg为外部场效应管提供门电压,CS1是由外部校准控者提供的片选信号输入端,而CS2是由 XTR108产生的用于选择外部EEP-ROM的片选信号输出端。SDIO与SCLK分别为串行数据和串行时钟输入/输出端。Rset为外参考电阻输入引 脚,用于设定电流参考值。

　　4　XTR108在铂电阻智能温度变送器中的应用