不学白不学！15块钱的三线制PT100的4~20mA环路变送器电路方案详细分析！

然后本期分享的电路PCBA的图如下所示，正面Top，可以看到一个基准源，LDO，运放，三极管，还有一个被磨掉丝印的单片机，左边的两个接口是环路电源输入，右边三个焊接点是焊接三线PT100的连接线（三线制）：

反面Bottom，可以看到没有元器件，在三极管的下方铜皮做了开窗散热处理（这个三极管上的功耗还是很大的）：

那么我们就开始看一下电路图吧，接口输入部分大致如下，主要是由HT7533组成的一个恒流源将输入电压降下来（可以理解为HT7533类似放大区的三极管，或者把它理解成一个滑动变阻器也可以，HT7533吃掉多余的电压，配合基准源ME431将电压钳位至2.5V），然后这个2.5V的基准电压用来给单片机以及后级的运放和惠斯通电桥供电。

这个HT7533做恒流源也是很常规的用法了，这个在HT7533的数据手册中也有所提及，数据手册中有恒流源的典型应用图以及计算公式：

所以根据刚才的原理图，大致的恒流值就是3.3/845≈3.9mA。

这个也就是保证后级所有的电流加起来（单片机以及惠斯通电桥）的电流加起来就只有3.9mA，这个很重要，因为这个是一个4~20mA的PT100环路变送器，要保证这个电流不超过4mA，不然就会影响正常的环路电流数据输出。

不过可以看到，这个R3和R1还是蛮大的，激励电流很小，大概就2.5/15k≈167uA。我个人认为这个激励电流可以加大一些，可以将R3和R1调小一些，只要不超过PT100的电流限值，不会让其自热影响误差即可。下图是某PT100手册中的激励电流的截图：

然后这个惠斯通电桥的接线图大致如下所示，下图中R17，R19，R18与外置的PT100组成一个电桥，ADC只需要采集电桥输出的电压即可计算相应的PT100的电阻阻值，进而推算出温度，在假定Rwire1等于Rwire2的情况下，可以抵消线阻带来的PT100采集误差（当然并不能完全平衡掉，毕竟PT100的阻值会变化，只会补偿掉大部分。）Vp和Vn的计算公式大致如下：

ADC_P=Vrp+Vrwire1+Vrwire3

ADC_N=Vr2+Vrwire2+Vrwire3

因为最后单片机是采集的是ADC_P-ADC_N的压差，那么假如Rwire1和Rwire2的线阻相等，那么也就可以自然的抵消掉线阻带来的电阻误差。

然后就是最后一张的恒流源电路图，这个也是一个很常规的sink类型的电流源，相信关注我的朋友已经见过很多次了，单片机（2.5V供电）输出的PWM经过二阶的RC滤波之后得到一个DAC的电压，电压值就是2.5V*D（D为PWM的占空比），那么Vp就是2.5*D，由于运放存在负反馈，所以Vn=Vp也就等于2.5*D，所以就可以得到这个恒流源最终恒流值为2.5*D/100。

然后我们知道刚才HT7533那边恒流值是3.9mA，假如此时PT100的量程为-40~40℃，环境温度为0℃，也就是需要环路输出电流为半量程也就是12mA，那么我们只需要让单片机控制这个恒流源输出额外的电流即可，就是：

12-3.9=8.1mA即可

为了方便理解，我画一下示意图，即有两个电流路径，如下：

那么至此这个电路就算是分析完毕了，至于那个磨掉丝印的QFN16的单片机，我猜可能是某个有16bit ADC的单片机，类似芯海的CSU18M68之类的（芯海的电压范围2.5V不能工作，所以应该不是这一款），不过这个单片机的型号就没那么重要了，因为单片机只是实现方式，我们知道原理即可。

那么除了这个惠斯通电桥的这种测量PT100的方法，还有更简单的方式，也就是之前有介绍过的MAX31865，这个是专门的PT100/PT1000这种温度传感器的采集芯片，输出直接就是数字协议和单片机通讯电路图如下所示：

然后比较可惜的是这个芯片略微贵了点，大概14块钱左右，而且还是ADI的物料，有国产化要求的朋友可能不能用：

不过肯定就不会就此结束，哈哈。不会让各位朋友失望，最近群里的朋友有推荐一款非常不错的PT100国产芯片给我，是中科银河芯的国产替代方案，型号为GXC400，可以P2P替换MAX31865，价格也很优惠性价比很高，大概5块钱以内（需要国产替代的朋友可以留意一下）。下图是两款芯片的管脚对比：

到时候用一块工业开发板接上，可以测试一下精度哈。创龙科技的T536开发板，全志4核A55 + 玄铁E907 RISC-V，支持17路UART、4路CAN-FD、2TOP S算力NPU，适用于各种工业应用环境，现在促销价为258元（原价1258元，即优惠1000元），性价比直接拉满！