טכניקות עירור ומדידה של מתמר/חיישן

מבוא מתמרי קלט, או חיישנים מסווגים כפעילים או כפאסיביים. חיישנים פסיביים, כגון צמדים תרמיים או פוטו-דיודות (במצב פלט מתח) הם התקנים עם שתי יציאות הממירות אנרגיה פיזית לאנרגיה חשמלית ישירות, ומייצרים אותות פלט ללא צורך במקור עירור. חיישנים פעילים (כמו מעגלים פעילים בכלל) דורשים מקור חיצוני לעירור. דוגמאות ניתן למצוא בכיתה של חיישנים מבוססי נגדים, כגון תרמיסטורים, RTDs (גלאי התנגדות-טמפרטורה), ומדדי מתח; הם דורשים זרם או מתח לעירור על מנת לייצר פלט חשמלי. מאמר זה יבחן מגוון שיטות עירור שניתן להשתמש בהן ביישומי חיישן/מתמר פעילים ויציג כמה מעגלים טיפוסיים. הדיון כולל את היתרונות והחסרונות של טכניקות עירור AC ו-DC באמצעות זרם ומתח. מדידה מדויקת של אותות אנלוגיים ברמה נמוכה עם מערכת רכישת נתונים דורשת בדרך כלל יותר מסתם חיווט של הפלט של המתמר למעגל מיזוג האותות ולאחר מכן לממיר אנלוגי לדיגיטלי. כדי לשמור על רזולוציה ודיוק גבוהים בתוך מערכת המדידה, על המעצב לנקוט בזהירות בבחירת מקור העירור עבור המתמר - ובערכת חיווט השדה המשמשת להעברת האות האנלוגי ברמה נמוכה מהמתמר ל-A/D מֵמִיר. איור 1 מציג תרשים בלוקים כללי של מערכת רכישת נתונים מבוססת מתמר. שלמות הנתונים הנרכשים במערכות אלו תלויה בכל חלקי נתיב האות האנלוגי המוצג כאן. האיור 1. מערכת רכישת נתונים טיפוסית מבוססת מתמר. עבור מקור עירור נתון, מעצב המערכת מתמודד עם האתגר של מדידת אות הפלט והתמודדות עם הבעיות שעלולות להתעורר. לדוגמה, התנגדות חיווט ואיסוף רעש הם בין הבעיות הגדולות ביותר הקשורות ליישומים מבוססי חיישנים. מגוון טכניקות מדידה זמינות לתעסוקה בחיפוש אחר ביצועים מיטביים ממערכת המדידה. הבחירות העיקריות כוללות יחס יחס לעומת. פעולה לא רציומטרית, ו-2 חוטים לעומת. חיבורי כוח/חישה של קלווין עם 3 ו-4 חוטים. טכניקות עירור ניתן לעורר מתמרים פעילים באמצעות זרם או מתח מבוקר. הבחירה בין עירור מתח וזרם נתונה בדרך כלל לשיקול דעתו של המעצב. במערכות רכישת נתונים, זה לא נדיר לראות עירור במתח קבוע המשמש עבור חיישני מתח ולחץ, בעוד עירור זרם קבוע משמש לעורר חיישנים התנגדות כגון RTDs או thermistors. בסביבות תעשייתיות רועשות, עירור זרם עדיף בדרך כלל בגלל חסינות הרעש הטובה יותר שלו. ניתן להשתמש במקורות עירור AC או DC ביישומי מתמר; כל אחד מציע יתרונות וחסרונות. היתרונות הקשורים לעירור dc כוללים פשטות של יישום ועלות נמוכה. החיסרון של עירור DC כולל את הקושי להפריד את האות בפועל משגיאות DC לא רצויות עקב קיזוזים והשפעות צמד תרמי הנגרמות על ידי טפילים. קיזוז DC אינם קבועים; הם משתנים באופן בלתי צפוי עקב סחף הטמפרטורה ומקורות רעש תרמיים ו-1/f כאחד. למרות שטכניקות עירור AC יקרות יותר ליישום, הן מציעות יתרונות ביצועים רבים. עירור AC פועל בדומה לשיטת החיתוך המשמשת במגברים מדויקים; הוא משמש יתרון במעגלי מיזוג אותות מתמר כדי להסיר שגיאות היסט, ממוצע של רעש 1/f ולחסל השפעות עקב צמדים תרמיים טפיליים. עם ירידה ברגישות לרעש 1/f, ניתן להפיק אות פלט מובחן עם זרמי עירור או מתח נמוכים בהרבה. ירידה בעירור פירושה שניתן להפחית מאוד את השפעות החימום העצמי של זרימת זרם בחיישנים התנגדות. מכיוון שרוחב פס צר יחסית מעורב, סביר להניח שגם עירור AC מציע חסינות גדולה יותר להפרעות RF מאשר עירור dc. ישנם שני גורמים עיקריים בבחירת מקור עירור שישפר את ביצועי המערכת הכוללים. ראשית, רזולוציה: גודל העירור צריך להיות מספיק כדי שהשינוי המינימלי במשתנה הנמדד יפיק מהמתמר פלט גדול מספיק כדי להתגבר על הרעש וההיסט במערכת. שנית, רמת הספק: אם החיישן עמיד, על המתכנן להבטיח שהשפעות החימום העצמי של זרם עירור שזורם דרך המתמר לא ישפיעו לרעה על התוצאות הנמדדות. פעולה רציומטרית לעומת פעולה לא רציומטרית איור 2 מציג תצורה רציומטרית ביישום מתמר גשר. אותו מקור ייחוס משמש הן לעירור המתמר והן לממיר A/D. אחוז שינוי נתון בגירוי מתמודד עם אותו אחוז שינוי בתהליך ההמרה (או להיפך). קוד הפלט של ADC, DOUT, הוא ייצוג דיגיטלי של היחס בין הקלט של הממיר, AIN, להתייחסות שלו, VREF. מכיוון שהקלט לממיר וההתייחסות שלו נגזרים מאותו מקור עירור, שינויים בעירור אינם מציגים שגיאות מדידה. לפיכך, בתצורות רציונמטריות, אם המשתנה הנמדד על ידי המתמר אינו משתנה, קוד הפלט הדיגיטלי מה-ADC חסין בפני שינויים בגירוי הגשר. מסיבה זו, אין צורך בהתייחסות יציבה מדויקת כדי להשיג מדידות מדויקות. פעולה רציומטרית היא חזקה מאוד; הוא מאפשר מדידה ובקרה, באמצעות האספקה ​​האנלוגית של המערכת, כדי להשיג דיוק ללא תלות ביציבות של הפניות מתח או אספקת עירור. מכיוון שדחיית אספקת הכוח של רוב ה-ADCים גבוהה למדי, הסטות במתח אספקת החשמל אינן משפיעות לרעה על המדידה. האיור 2. פעולה רציומטרית ביישום מתמר גשר. איור 3 מדגים את החיסרון של פעולה לא רציומטרית dc. הוא מראה תצורה טיפוסית לא רציומטרית ביישום מתמר גשר. כמו ביישום הקודם, ה-ADC מוציא קוד דיגיטלי, DOUT, היחס בין AIN ל-VREF. בדוגמה זו, קוד הפלט רגיש לשינויים יחסיים בין עירור הגשר למתח הייחוס. כל שינוי בתוצאות מתח העירור הוא שינוי במתח הכניסה האנלוגי שנראה על ידי ה-ADC. מכיוון שההפניה אינה תלויה בעירור, קוד הפלט הדיגיטלי ישקף את העירור שהשתנה. מעגלים לא רציומטריים מתאימים בעיקר ליישומים הדורשים מדידות מול התייחסות מוחלטת - או כאשר ממיר בודד משרת מגוון של כניסות אנלוגיות לא קשורות. מאחר ושינויים בהתייחסות, עירור וכדומה, לא יוסרו אלא יבואו לידי ביטוי במדידה, נדרשים הפניות ומקורות עירור מדויקים, מדויקים ויציבים ביותר עבור רוב האפליקציות. האיור 3. פעולה לא רציומטרית ביישום מתמר גשר. בתכנון של מערכות רכישת נתונים ברזולוציה גבוהה, מעצבים צריכים תמיד לזכור את העלות-תועלת של פעולה רציונמטרית בכל מקום שהשימוש בה אפשרי. תצורות חיווט קיימות מגוון תצורות חיווט שניתן להשתמש בהן בעת ​​חיבור לחיישנים התנגדות כגון RTDs ותרמיסטורים ביישומי מדידת טמפרטורה. החיבורים הבסיסיים של 2, 3 ו-4 חוטים מוצגים באיור 4. מדוע הפורמטים הללו זמינים, עם המורכבות והעלויות השונות שלהם? התנגדות חוט עופרת עלולה להציג שגיאות מדידה משמעותיות אם לא ננקטים אמצעי זהירות נאותים כדי לחסל אותן, במיוחד ביישומי RTD של 100 וולט בעלי התנגדות נמוכה. במעגלי RTD עובר זרם מבוקר (בדרך כלל קבוע) דרך החיישן, נגד שהתנגדותו גדלה בהדרגה, באופן חוזר, ובקירוב ליניארי עם הטמפרטורה. ככל שההתנגדות שלו עולה, ירידת המתח שלו גדלה ולמרות שהיא קטנה, ניתן למדוד אותה ללא קושי. ביישום אידיאלי המתח הנמדד צריך לכלול רק את עליית ההתנגדות של החיישן עצמו. אולם בפועל, במיוחד בתצורות דו-חוטיות, ההתנגדות בפועל בין מסופי החיישן בנקודת המדידה כוללת את ההתנגדויות הן של החיישן והן של חוטי ההובלה. אם התנגדות חוט ההובלה תישאר קבועה, זה לא ישפיע על מדידת הטמפרטורה. עם זאת, התנגדות החוט משתנה עם הטמפרטורה; וככל שתנאי הסביבה משתנים, התנגדות החוט תשתנה גם היא, ויצרו שגיאות. אם החיישן מרוחק והחוט ארוך מאוד, מקור השגיאה הזה יהיה משמעותי ביישומי RTD, שבהם ערך החיישן הנומינלי יהיה 100 W או 1 קילוואט, והשינויים המצטברים הם בדרך כלל בסדר גודל של 0.4%/°C . יישומי תרמיסטור, שבהם ערכי ההתנגדות הנומינליים של החיישנים גבוהים יותר מאשר עבור RTDs, נוטים להיות פחות רגישים להתנגדות עופרת, מכיוון שהלידים תורמים פחות שגיאות. האיור 4. תצורות חיווט אופייניות עבור חיישנים מבוססי התנגדות. תצורת 2 החוטים המוצגת בצד שמאל היא הפחות מדויקת מבין שלוש המערכות המוצגות לעיל, מכיוון שהתנגדות חוט ההובלה, 2RL, והשינוי שלה עם הטמפרטורה תורמים לשגיאות מדידה משמעותיות. לדוגמה, אם התנגדות ההובלה של כל חוט היא 0.5 W בכל חוט, RL מוסיף שגיאה של 1-W למדידת ההתנגדות. שימוש ב-RTD של 100-W עם a = 0.00385/°C, ההתנגדות מייצגת שגיאה ראשונית של 1 W/(0.385W/°C) או 2.6°C, ושונות של התנגדות העופרת עם טמפרטורת הסביבה תורמת לשגיאות נוספות. תצורת 3-חוטים באיור 4 מציעה שיפורים משמעותיים לעומת תצורת 2-חוטים עקב ביטול חוט מוביל אחד נושא זרם. אם חוט המדידה החוזר ל-V(+) ניזון לצומת עכבה גבוהה, לא זורם זרם בחוט זה ולא מוצגת שגיאת חיווט. עם זאת, התנגדות ההובלה והמאפיינים התרמיים של חוט החזרת ה-RTD ל-V(-) ו-I(-) עדיין מציגים שגיאות, כך שהשגיאות הצטמצמו לחצי מהשגיאה במערכת דו-חוטית. תצורת 4 החוטים באיור 4 מציעה את הביצועים הטובים ביותר, במונחים של דיוק ופשטות, בהשוואה לתצורות 2 ו-3 חוטים. ביישום זה, השגיאות עקב התנגדות החוט והשפעות החימום התרמי מוסרות על ידי מדידת הטמפרטורה ממש ב-RTD. חוטי ההחזרה מה-RTD מוגנים בדרך כלל על ידי מעגל בעל עכבה גבוהה (מגבר/ממיר אנלוגי לדיגיטלי), ולפיכך לא זורם זרם בחוטי ההחזרה ולא נוצרת שגיאה. אם זמינים שני מקורות זרם מותאמים, אפשר לתכנן מערכות 3-חוטים שבעצם מבטלות כל התנגדות לחיווט או השפעות תרמיות. דוגמה, באמצעות ממיר AD7711, מוצגת באיור 5. העירור מסופק על ידי זרם ממקור הזרם העליון של 200-µA, הזורם דרך ההתנגדות של חוט החיבור, RL1. מקור הזרם התחתון מספק זרם שזורם דרך חוט המדידה השני, עם התנגדות RL2, יוצר מפל מתח שווה ומנוגד למעשה לירידה על פני RL1, ומבטל אותו כאשר נמדד בצורה דיפרנציאלית. סכום שני הזרמים זורם ללא מזיק דרך חוט ההחזרה (RL3) לאדמה (המדידה ההפרשית מתעלמת מהמתח המשותף). זרם 200-µA, הזורם דרך הנגד בסדרת 12.5 קילוואט, מפתח מתח המשמש כאסמכתא לממיר, ומספק מדידה יחסית. האיור 5. ביטול שגיאות עקב התנגדות חיווט שדה ביישומי RTD 3 חוטים. ה-AD7711, ADC ברזולוציה גבוהה של sigma-delta, ממיר את המתח מה-RTD לדיגיטלי. ה-AD7711 הוא בחירה אידיאלית של ממיר עבור יישום זה; הוא מציע רזולוציה של 24 סיביות, מגבר הגבר הניתן לתכנות על-שבב וזוג מקורות זרם עירור RTD תואמים. כפי שעולה מהדוגמה, ניתן לבנות פתרון שלם ללא צורך ברכיבי מיזוג אותות נוספים. עירור AC איור 6 מציג כמה ממקורות השגיאה של המערכת הקשורים לעירור DC ולמדידה ביישום חיישן גשר. במעגל גשר זה, לא ניתן להבחין כמה מתפוקת ה-DC (והתדר הנמוך) של המגבר הוא למעשה מהגשר וכמה נובע מאותות שגיאה. לא ניתן להתמודד עם שגיאות המוצגות על ידי רעש 1/f, צמדים תרמיים טפיליים והיסטים של מגבר אלא אם כן נעשה שימוש בשיטה כלשהי כדי להבדיל בין האות בפועל ממקורות השגיאה הללו. עירור AC הוא פתרון טוב לבעיה זו. האיור 6. מקורות שגיאה הקשורים לעירור dc במערכת מדידה של מתמר גשר. האותות של מתמר גשר, התלויים בעירור, הם בדרך כלל קטנים. אם העירור הוא 5 V ורגישות הגשר היא 3 mV/V, אות המוצא המרבי הוא 15 mV. מקורות השפלה של המידע המסופק על ידי אותות ברמה נמוכה אלה כוללים רעש (הן תרמי והן 1/f), מתח מצמדים תרמיים טפיליים ושגיאות היסט מגבר. לדוגמה, צמדים תרמיים טפיליים קיימים בחיווט מעגל רגיל. חיבורים בין הלחמת עופרת בדיל ועקבות לוח PC נחושת יכולים להציג אפקטים של צמד תרמי של 3 עד 4 µV/°C, אם קיימים שיפועים תרמיים על פני המעגל. חיבורים תרמיים יתקיימו גם בין עקבות הנחושת של לוח המעגלים ופיני הקובאר של המגבר, וייצרו שגיאות מתח גדולות כמו 35 µV/°C. במערכת רכישת נתונים ברזולוציה גבוהה, שגיאות צמד תרמי אלו, יחד עם שגיאות היסט המגבר והרעש במערכת, יצטברו כולן לשגיאות DC משמעותיות ובתדר נמוך. עירור AC היא גישה רבת עוצמה להפרדת שגיאות אלו מהאות. על ידי שימוש בגל ריבוע לעירור AC, כאשר הקוטביות של אות העירור הופכת בין מדידות, ניתן לבטל ביעילות את שגיאות ה-DC המושרות. לתכנית חיתוך זו יש גם השפעה של הסרת רעש 1/f, שהוא דומיננטי בתדרים נמוכים (dc עד כמה הרץ) ביישומים אלה. האיור 7. תצורת גשר אופיינית המשתמשת בגירוי AC. איור 7 מראה כיצד ניתן להגדיר גשר לעירור AC. הקוטביות של מתח העירור לגשר מתהפכת במחזורים חלופיים, תוך שימוש בטרנזיסטורים Q1 עד Q4 לביצוע המיתוג. כל שגיאות ה-DC המושרה והתדר הנמוך חוברו יחד כ-EOS. במהלך שלב 1, Q1 ו-Q4 מופעלים בעוד ש-Q2 ו-Q3 כבויים; הפלט, VOUT, ניתן על ידי (VA + EOS). במהלך שלב 2, Q2 ו-Q3 מופעלים בעוד Q1 ו-Q4 כבויים, כאשר הפלט, VOUT, מיוצג על ידי (-VA + EOS). הפלט בפועל הוא הסכום של שני השלבים, נותן VOUT = 2 × VA. אותות הבקרה עבור עירור AC חייבים להיות אותות שעון שאינם חופפים. סכימה זו מסירה את השגיאות הקשורות לעירור dc על חשבון עיצוב מורכב יותר. איור 8 מציג יישום מתמר גשר המשתמש ב-AD7730 מתמר גשר ADC, הכולל על השבב את כל המעגלים הדרושים ליישום עירור AC ולייצר את תוצאת הפלט המחושבת לאחר מיתוג העירור. האיור 8. אפליקציית גשר נרגשת AC באמצעות ממיר AD7730 sigma-delta. AD7730 sigma-delta ADC הוא קצה אנלוגי שלם עבור יישומי משקל ומדידות לחץ. פועל מאספקת +5-V יחידה, הוא מקבל אותות ברמה נמוכה ישירות מתמר ומוציא מילה דיגיטלית טורית. אות הקלט מופעל על קצה קצה בעל רווח קנייני, המבוסס על אפנן אנלוגי. מסנן דיגיטלי הניתן לתכנות במעבר נמוך עם חיתוך מסנן מתכוונן, קצב פלט וזמן התייצבות מעבד את פלט המאפנן. ישנן שתי כניסות אנלוגיות דיפרנציאליות הניתנות לתכנות מוגברת, כמו גם כניסת התייחסות דיפרנציאלית. הוא מקבל ארבעה טווחי כניסה אנלוגיים חד-קוטביים ודו-קוטביים בין 10 mV ל-80 mV בקנה מידה מלא. רזולוציית השיא לשיא הניתנת להשגה ישירות היא 1 ל-230,000 ספירות. DAC של 6 סיביות על שבב מאפשר פיצוי על מתח טארה ביישומים בקנה מידה שקילה. ניתן להגדיר את הממשק הטורי של המכשיר לפעולה תלת-חוטית והוא תואם למיקרו-בקרים ומעבדי אותות דיגיטליים. ה-AD7730 מכיל אפשרויות כיול עצמי וכיול מערכת, וכולל סחיפה אופסט של פחות מ-5 nV/°C וסחיפה של רווח של פחות מ-2 ppm/°C. עם רמה זו של ביצועי סחף, כיול בשטח מיותר בדרך כלל. באיור 8, טרנזיסטורים Q1 עד Q4 מבצעים את מיתוג מתח העירור. טרנזיסטורים אלה יכולים להיות טרנזיסטורים דו-קוטביים או MOS מותאמים בדידים - או שבב ייעודי של נהג גשר כגון ה-4427 מבית Micrel יכול לשמש לביצוע המשימה. מכיוון שמתח הכניסה האנלוגי ומתח הייחוס הופכים במחזורים חלופיים, יש לסנכרן את ה-AD7730 עם ההיפוכים הללו של מתח העירור. עבור מיתוג סינכרוני, הוא מספק את אותות הבקרה הלוגיים למיתוג מתח העירור. האותות הללו הם יציאות CMOS שאינן חופפות, ACX ו-ACX. אחת הבעיות שבהן נתקלים ב-ac-excitation היא זמן ההתמקמות של אותות הקלט האנלוגיים לאחר מיתוג, במיוחד ביישומים שבהם יש מובילים ארוכים מהגשר ל-AD7730. הממיר עלול לייצר נתונים שגויים מכיוון שהוא מעבד אותות שאינם מיושבים במלואם. בהתאם לכך, המשתמש רשאי לתכנת השהייה של עד 48.75 µs בין החלפת אותות ACX לבין עיבוד הנתונים בכניסות האנלוגיות. ה-AD7730 גם משנה את תדר מיתוג ACX בהתאם לקצב עדכון הפלט. כך נמנע החלפת הגשר בקצב מהיר שלא לצורך ממה שהמערכת דורשת. היכולת של ה-AD7730 להתמודד עם מתחי ייחוס זהים למתחי העירור שימושית במיוחד ב-ac-excitation, כאשר סידורי מחלקי הנגדים בכניסת הייחוס מוסיפים לזמן ההתמקמות הקשור למיתוג. עירור AC יכול לשמש ביעילות כדי לחסל את ההשפעות של חימום עצמי ביישומי מדידת טמפרטורה באמצעות חיישנים התנגדות. כאשר מודדים טמפרטורה באמצעות RTD, זרם העירור עצמו (קטן ככל שיהיה) מייצר I2R, או חימום ג'ול, ומייצר טמפרטורה מצוינת גבוהה במידת מה מהטמפרטורה הנמדדת. מידת החימום העצמי תלויה מאוד במדיום שבו טבול ה-RTD. RTD יתחמם בעצמו לטמפרטורה גבוהה בהרבה באוויר שקט מאשר במים נעים. עם עירור DC בשימוש נפוץ, זרם העירור דרך החיישן חייב להיות גדול מספיק כך ששינוי הטמפרטורה הקטן ביותר שיימדד יגרום לשינוי מתח העולה על רעש המערכת, ההיסט והסחף של המערכת. זרמי העירור הנדרשים כדי להתגבר על שגיאות אלו הם בדרך כלל 1mA או יותר. הכוח שמתפזר ב-RTD גורם לטמפרטורה שלו לעלות, מה שמכניס שגיאות סחיפה במדידה, מה שמפחית את דיוק המערכת. לדוגמה, שימוש במקור עירור של 1mA dc עם RTD של 1 קילוואט בעל אפקט חימום עצמי של 0.05°C/mW מביא לשגיאת סחיפה של 0.5°C. מכיוון שמקור עירור AC יפחית את השפעות ההיסט והסחף, ניתן להשתמש בזרמי עירור קטנים בהרבה ביישומים רבים. לפיכך, ירידה בזרם העירור לא רק מפחיתה את השפעות החימום העצמי ב-RTD (בריבוע של הפחתת הזרם!); זה גם מפחית את שגיאות ה-DC והפלט בתדר נמוך, כפי שצוין לעיל. האיור 9. ביטול השפעות חימום עצמי ביישומי מדידת טמפרטורה RTD באמצעות עירור AC ו-AD7730 ADC. איור 9 מציג את ממיר הדלתא של סיגמה ברזולוציה גבוהה AD7730 המשמש למדידת RTD מעוררת AC. ביישום זה, ה-AD7730 מופעל עם אספקה ​​מפוצלת, כלומר, AVDD ו-DVDD נמצאים בפוטנציאלים נפרדים, ו-AGND ו-DGND נמצאים בפוטנציאלים נפרדים. עם הסדר זה, יש צורך ש-AVDD או DVDD לא יעלו על AGND ב-5.5V. לכן, כאשר פועלים עם אספקה ​​אנלוגית של ±2.5-V יש להגביל את ה-DVD ל-+3V ביחס להארקה דיגיטלית, שהיא הארקה של המערכת. יציאת ACX של ה-AD7730, השולטת בהיפוך הזרם ביישום זה, מבוססת ביחס לאספקת AVDD ו-AGND. כאשר ACX גבוה, זרם של 100 µA זורם דרך ה-RTD בכיוון אחד; כאשר ACX נמוך, זרם 100-µA זורם בכיוון ההפוך דרך ה-RTD. מקור הזרם המותג בקוטביות פותח באמצעות מגבר הפעלה U1 ו-U2 בתצורת המרת מתח לזרם סטנדרטית. ה-AD7730, המוגדר למצב עירור AC שלו, מייצר גל ריבוע בפלט ה-ACX שלו. במהלך תהליך ההמרה ה-ADC לוקח שתי תוצאות המרה-אחת בכל שלב של אות ACX- ומשלב אותן בתוך ה-ADC כדי לייצר מילת פלט נתונים אחת המייצגת את הטמפרטורה הנמדדת. לדוגמה, אם פלט ה-RTD במהלך שלב ראשון של אות ACX הוא 10 mV, וקיימת שגיאת DC המושרה במעגל 1-mV עקב צמדים תרמיים טפיליים, ה-ADC מודד 11 mV. במהלך השלב השני זרם העירור מתהפך וה-ADC מודד -10 mV מה-RTD, ושוב רואה +1-mV dc-שגיאה, מה שנותן פלט ADC של -9mV במהלך שלב זה. מדידות אלו מעובדות בתוך ה-ADC (11 mV-(-9mV)/2= 10mV), ובכך מסירות את השגיאות הנגרמות על ידי DC בתוך המערכת. עירור AC מאפשר שימוש יעיל בזרמים בסביבת 100 µA ביישומי RTD, כפי שמוצג באיור 9, ומפחית באופן משמעותי את השפעות החימום העצמי. מכיוון שמתח הייחוס של הממיר פותח באמצעות זרם העירור, ההתנגדות של ה-RTD נמדדת באופן יחסי. לפיכך, ערכי ההתנגדות החיצונית בממיר מתח לזרם אינם משפיעים על דיוק המערכת, שכן הערך המדויק של זרם הכונן אינו קריטי, כ-1%. לכן, נגדים של 100-ppm/°C יספיקו. עם זאת, ההתנגדות של RREF, המשתמשת בזרם כדי לפתח את מתח הייחוס של ה-ADC, חייבת להיות יציבה מעל הטמפרטורה כדי למנוע שגיאות הנגרמות על ידי התייחסות בפלט המדידה. עם המעגל המוצג, ניתן להתאים בקלות טווחי טמפרטורה שנמדדו בין -200°C ל-+200°C. כיוון שהאיסוף בתדר הקו יכול לייצר קיזוזים אם החיתוך הוא בתדר הקו (50 או 60 הרץ), מוצעת פעולת הצ'ופר בקצב אסינכרוני של 57 הרץ (כאשר מתרחשת אפס מסנן). רזולוציות של 16 סיביות שיא לשיא ניתנות להשגה בעת שימוש ב-AD7730 בטווח החד קוטבי שלו 0-20 mV עם קצב עדכון של 57 הרץ. יתרון חשוב נוסף בשימוש ב-AD7730 ביישומי RTD הוא חסינותו הן לשדות חשמליים מוקרנים והן לפרצי ארעיים מהירים (EFT). כאשר פועלים בסביבה רועשת, מומלץ להשתמש ב-AD7730 במצב ה-chop שלו. טכניקות ייצוב המסוק המשמשות בתוך ה-AD7730 מבטלות היסט ומצמצמות סחף היסט. כאשר ה-AD7730 מופעל במצב CHOP, שרשרת האותות, כולל מסנן השלב הראשון, נחתכת. זה מפחית את ביצועי הסחף הכוללים לפחות מ-5 nV/°C. ניתן להפעיל את ה-AD7730 בנוכחות שדות חשמליים (1 V/m עד 3 V/m) מ-30 מגה-הרץ עד 1 גיגה-הרץ עם היסט שטוח על פני טווח התדרים. ללא חיתוך, ביצועי האופסט מתדרדרים בנוכחות שדה חשמלי ונסחפים בתדירות. תקציר בתכנון מערכות רכישת נתונים ברזולוציה גבוהה יש להקפיד בבחירת שיטת העירור, מקור העירור למתמר וסכימת חיווט השדה המשמשת להעברת האות האנלוגי ברמה נמוכה מהמתמר לממיר A/D. ניתן לעורר מתמרים עם זרם AC או DC או מתח. DC נמצא בשימוש נרחב יותר מאשר AC עבור עירור, מכיוון שקל יותר ליישם ולפתור בעיות שמערכות המשתמשות בעירור DC; אבל יש להם מספר חסרונות. עוצמת העירור בחיישן חייבת להספיק כדי שהשינוי הקטן ביותר שיימדד יביא לשינוי מתח העולה על הרעש, ההיסט והסחף של המערכת. אם צפויות שגיאות DC גדולות ורעש בתדר נמוך, עירור AC שימושי. מקור העירור מופעל על מחזורים חלופיים, והמשרעות המתקבלות נמדדות וממוצעות כדי לספק תוצאת המרה. עירור AC מסיר אפוא את ההשפעות של רעש 1/f והשפעות צמד תרמי טפיליות המושרות ב-DC בשרשרת אותות. זה מאפשר להפחית מאוד את העירור, בתורו להפחית את השגיאות המוצגות מחימום עצמי בחיישנים מבוססי התנגדות. יתרונות אלו בדרך כלל עולים על החסרונות של עלות יישום גבוהה במידת מה והקפדה שיש לנקוט כדי להבטיח שיקוע נאות לפני ביצוע מדידה. זמינות אפשרויות של תצורות חיווט חיישנים, הכוללות בין 2 ל-4 חוטים, בהתאם לדיוק הנדרש. תצורות של ארבעה חוטים מציעות את הדיוק הטוב ביותר על ידי ביטול השגיאות עקב התנגדות חוט ההובלה והשפעות תרמיות בחיווט. ניתן להגדיר מערכות עם עירור והפניות נפוצות (רציומטריות), או עם הפניות עצמאיות (לא רציומטריות). רציומטרי מועדף מכיוון שהוא מאפשר מדידה ובקרה עם דיוק גבוה מהיציבות של הפניות מתח או אספקת עירור. המדידות אינן רגישות לווריאציות של עירור.

השאר הודעה 

רשימת הודעות