XTR114具有传感器激励和线性化的4-20mA电流变送器

特征
LOW UNADJUSTED ERROR
精密电流源
XTR112：两个250μA
XTR114：两个100μA
RTD或BRIDGE激励
线性化
两线或三线RTD操作
低偏移漂移：0.4μV/°C
低输出电流噪声：30nAp-p
高PSR：最小110dB
HIGH CMR：最小86dB
宽电源范围：7.5V至36V
SO-14 SOIC PACKAGE
应用
工业过程控制
工厂自动化
SCADA远程数据采集
远程温度和压力
TRANSDUCERS
描述
XTR112和XTR114是单片4-20mA，
双线电流发射器。他们提供完整的
高阻抗铂RTD的电流激励
单个集成电路上的温度传感器和桥接器，仪表放大器和电流输出电路。 XTR112有两个250μA电流
XTR114有两个100μA源
RTD激发。
多功能线性化电路提供二阶
校正RTD，通常达到40：1
线性度的提高。
仪表放大器增益可配置为a
广泛的温度或压力测量。
完整电流变送器的总不可调整误差足够低，无需调整即可使用
在许多应用程序中这包括零输出电流漂移，跨度漂移和非线性。 XTR112
和XTR114在环路电源电压下工作
低至7.5V。
两种器件均采用SO-14表面贴装封装，工作温度范围为-40°C至+ 85°C

绝对最大额定值（1）
顶视图SO-14
PIN配置
静电
放电灵敏度
ESD可能会损坏该集成电路。Burr-Brown
建议处理所有集成电路
适当的预防措施。 未能正确处理
和安装程序可能会造成损害。
ESD损坏可能包括微妙的性能下降
完成设备故障。 精密集成电路可以
因为非常小的参数，更容易受到损坏
更改可能导致设备无法满足其发布
规格。

功能框图

应用信息
图1显示了XTR112的基本连接图
和XTR114。回路电源VPS提供电源
适用于所有电路。输出回路电流测量为电压
跨越串联负载电阻RL。
两个匹配的电流源驱动RTD和zerosetting电阻RZ。这些电流源为250μA
XTR112和100μA用于XTR114。他们的仪器
放大器输入测量电压差
RTD和RZ。选择RZ的值等于
在低规模（最小）测量温度下RTD的电阻。可以调节RZ以实现4mA输出
在最低测量温度下进行校正
输入失调电压和参考电流失配
XTR112和XTR114。
RCM提供额外的电压降以偏置输入
XTR112和XTR114在共模输入范围内
范围。应使用0.01μF电容旁路RCM
最小化共模噪声。电阻器RG设置增益
仪表放大器根据所需的温度范围。 RLIN1提供二阶线性化
校正RTD，通常可实现40：1的线性度改善。三线RTD连接需要额外的电阻，请参见图3。
传递功能通过完整的仪器
放大器和电压 - 电流转换器是：
IO = 4mA + VIN•（40 / RG）
（以伏特为单位的VIN，以欧姆为单位的RG）
其中VIN是差分输入电压。从中可以看出
传递函数，如果不使用RG，则增益为零
输出只是XTR的零电流。 RG的价值
对于具有线性化的双线RTD和三线RTD连接，略有不同。 RG可以从中计算出来
图1中给出的公式（双线RTD连接）和
表I（三线RTD连接）。
IRET引脚是来自电流的所有电流的返回路径
来源和VREG。 IRET引脚允许使用任何电流
XTR112和XTR114检测外部电路
并且包括在输出电流中而不会导致
错误。
VREG引脚提供约5.1V的片上电压源，适合为外部输入供电
电路（参见图6）。这是一个中等准确的
电压参考 - 它与用于设置的参考不同
精密电流参考。 VREG能够采购
XTR112的电流约为2.1mA，电流为2.4mA
对于XTR114。超过这些值可能会影响4mA
零输出。两款产品均可下沉约1mA。

负输入电压VIN将产生输出电流
小于4mA。越来越负的VIN将导致
输出电流限制在约1.3mA
XTR112和XTR114为1mA。参考典型
曲线“欠尺度电流与温度”。
越来越多的正输入电压（大于满量程输入）将产生增加的输出电流
到传递函数，直到输出电流限制
大约27mA。请参考典型曲线“OverScale Current vs Temperature”。
外部晶体管
晶体管Q1导通大部分信号
4-20mA回路电流。使用外部晶体管隔离
大部分功耗来自精度
XTR112和XTR114的输入和参考电路，
保持极佳的准确性
由于外部晶体管在反馈回路内部
特征并不重要。要求是：VCEO =
45V min，β= 40min，PD = 800mW。功耗
如果回路电源电压，要求可能会降低
小于36V。列出了Q1的一些可能选择
图1。
如果没有这个，XTR112和XTR114可以运行
然而，外部晶体管的精度会有所提高
由于内部功耗而降低。手术
不建议使用Q1来延长温度
范围。在IRET之间连接一个电阻（R =3.3kΩ）
可能需要引脚和E（发射极）引脚进行操作
低于0°C，无Q1，保证满量程满20mA
输出，特别是V +接近7.5V。
循环供电

施加到XTR112和XTR114的电压V +是
相对于IO连接测量，引脚7. V +可以

范围从7.5V到36V。环路电源电压VPS将
根据电压降不同于施加的电压
在电流检测电阻上，RL（加上任何其他电压
掉线）。
如果使用低环供电电压，则RL（包括环路）
接线电阻）必须做一个相对较低的值
确保V +最大值保持在7.5V或更高
回路电流为20mA：
建议设计V +等于或大于
7.5V，环路电流高达30mA，允许超出范围的输入条件。
XTR112的低工作电压（7.5V）
XTR114允许直接从个人计算机进行操作
电源（12V±5％）。与RCV420一起使用时
电流环路接收器（图7），负载电阻器电压降
限于3V。
调整初始错误
许多应用程序需要调整初始错误。输入
通过调节零电阻RZ可以校正偏移和参考电流失配误差。调整
增益设置电阻RG可以纠正与之相关的任何错误
获得。
双线和三线RTD
CONNECTIONS
在图1中，RTD可以简单地远程定位
将两个连接扩展到RTD。有了这个遥控器
两线连接到RTD，线路电阻会引入错误。通过调整可以部分纠正此错误
RZ，RG和RLIN1的值。
对于远程定位的RTD，更好的方法是三线制
RTD连接如图3所示。此电路提供
提高准确性。 RZ的电流通过三分之一
连接到RTD。假设线路电阻在RTD中相等
在第1和第2行，这产生一个小的共模电压
被XTR112和XTR114拒绝。一秒
线性化需要电阻RLIN2。
请注意，虽然两线和三线RTD连接电路非常相似，但增益设置电阻，
RG，方程略有不同：

表I总结了双线和二线的电阻方程
三线RTD连接。 示例计算也是
提供。 为了保持良好的准确性，至少1％（或更好）
RG应使用电阻器。 表II提供了标准
三线Pt1000 RTD连接的1％RG值
XTR112的线性化。 表III给出了RG值
XTR114。
线性化
RTD温度传感器本质上（但可预测）
非线性的。 增加一个或两个外部电阻，
RLIN1和RLIN2，可以补偿大部分
非线性导致线性度提高40
未补偿的输出。

具有线性化的典型双线RTD应用是
如图1所示。电阻RLIN1提供正反馈并控制线性校正。根据所需的温度范围选择RLIN1。等式是
如图1所示。
在三线RTD连接中，附加电阻RLIN2，
是必须的。与双线RTD应用程序RLIN1一样
为线性化提供正反馈。 RLIN2提供
偏移消除电流，以补偿远程RTD中遇到的接线电阻。 RLIN1和RLIN2
选择使它们的电流相等。这使得
RTD的布线电阻中的电压降是XTR112和XTR114拒绝的共模信号。
RLIN1和RLIN2的最接近标准1％电阻值
应该适合大多数应用。表二和表三
为三线Pt1000 RTD提供1％的电阻值
连接。
如果不需要线性校正，VLIN引脚应为
离开了。没有线性化，RG = 2500•VFS，其中
VFS =满量程输入范围。
热电阻
到目前为止，文本和数字假设为Pt1000 RTD。
具有更高的电阻RTD，温度范围和
应评估输入电压变化以确保正确
输入的共模偏置。如前面提到的，
可以调整RCM以提供额外的电压降
偏置XTR112和XTR114的输入
共模输入范围。
错误分析
表IV显示了如何计算各种误差的影响
电源具有电路精度。示例错误计算
对于典型的RTD测量电路（Pt1000 RTD，200°C
测量范围）。结果揭示了
XTR112和XTR114的精度非常高，在这种情况下为1％
未经XTR112调整，XTR114为1.16％。调整
用于增益和失调误差的电阻RG和RZ改善了
XTR112的精度达到0.28％（XTR114为0.31％）。注意
这些都是最坏的错误;保证最大值
在计算中使用了所有错误
积极的（添加剂）。 XTR112和XTR114实现了分立电路难以获得的性能
需要更少的空间。
开路保护
图3中的可选晶体管Q2提供了可预测的结果
开放式RTD连接的行为。它确保如果
XTR中断了三个RTD连接中的任何一个
输出电流将达到其高电流限制（≈27mA）
或低电流限制（XTR112≈1mA，≈1mA）
XTR114）。这很容易被检测为超出范围的条件。

反向电压保护
XTR112和XTR114的低兼容等级（7.5V）
允许使用各种电压保护方法而不影响工作范围。图4显示了一个二极管
桥接电路即使在正常运行时也是如此
电压连接线反转。这座桥导致了
环路电源损耗两个二极管压降（约1.4V）
电压。这导致大约9V的顺应电压 - 对于大多数应用来说是令人满意的。如果1.4V下降
在环路供电过多，二极管可以串联插入
使用环路电源电压和V +引脚。这可以保护
反向输出连接线仅损耗0.7V
在环路供电电压。
浪涌保护
有时可以远程连接到当前的发射器
受到电压浪涌的影响。限制最大值是明智的
施加到XTR的浪涌电压尽可能低。
各种齐纳二极管和浪涌钳位二极管是专门的
为此目的而设计。选择低a的钳位二极管
额定电压可获得最佳保护。例如，a
36V保护二极管将确保正确的发射器操作
在正常的环路电压下，还会提供适当的电平
防止电压浪涌。表征测试
三个生产批次显示XTR112或XTR112没有损坏
XTR114在回路电源电压高达65V。

大多数浪涌保护齐纳二极管在正向方向上具有二极管特性，导致过量
如果电流可能会损坏接收侧电路
循环连接是相反的。如果是浪涌保护二极管
使用时，应使用串联二极管或二极管桥
防止反向连接。
无线电频率干扰
电流回路的长导线长度会引起无线电频率
干扰。 RF可以通过敏感输入进行纠正
XTR112和XTR114的电路导致错误。这个
通常表现为不稳定的输出电流
与回路供电或输入接线的位置。
如果RTD传感器位于远程位置，则可能会产生干扰
进入输入端子。对于与传感器短接的集成变送器组件，干扰更可能来自电流回路连接。
输入旁路电容减少或消除此输入
干扰。将这些旁路电容连接到IRET
端子如图5所示。虽然直流电压在
IRET端子不等于0V（在环路电源，VPS）
电路点可以被认为是发射机的“接地”。
连接在V +和IO之间的0.01μF电容可以
帮助减少输出干扰。