CM1103 및 CM1106을 기반으로 한 열전대 온도 측정 솔루션

01 서론

서로 다른 재료로 된 두 개의 금속 도체를 연결했을 때, 접합부와 기준 끝단 사이에 온도 차이가 존재하면 그 끝단들 사이에 전위차가 발생한다. 이 열기전력과 도체 끝단의 기준 온도, 그리고 열전대의 특성 파라미터를 측정함으로써 측정 접합부의 실제 온도를 결정할 수 있다.

열전대는 가격이 저렴하고 넓은 온도 측정 범위를 제공하며 구조가 간단하고 사용이 용이하여 다양한 산업 환경에서 널리 사용된다. ITS-90 표준은 일반적인 8가지 열전대 유형과 각각의 대응하는 온도 범위를 정의하고 있다.

이 중에서 K형 열전대가 가장 널리 사용된다. 예를 들어, –270 °C를 측정할 때 열전대 출력 전압은 –6.458 mV이며, 만점 온도인 1372 °C에서는 출력 전압이 54.886 mV이다. 전체 측정 범위에 걸쳐 온도가 1 °C 변화할 때마다 출력 전압은 약 40 µV 정도 변한다.

열전대의 출력 전압은 매우 미세하므로, 신호 조건부여 및 데이터 수집 회로는 매우 높은 정밀도를 제공해야 한다. 게다가 산업 환경에서는 열전대(TC)와 데이터 수집 보드 사이의 리드 선이 길어지는 경우가 많아 상당한 공통모드 잡음 간섭이 유입될 수 있다. 따라서 신호 수집 및 처리 과정에서 차동 신호를 추출하고 증폭하면서 공통모드 잡음이 측정된 차동 신호에 미치는 영향을 최소화해야 한다.

02 CM1103 특징

• 저전력, 고정밀, 소형 시그마-델타 ADC 아날로그 프론트엔드

• 온도, 광학, 액체 및 가스 센서를 포함한 다양한 센서의 신호 획득에 광범위하게 적용 가능

• 4채널 프로그래머블 멀티플렉싱을 지원하며 최대 2 kSPS의 샘플링 속도

• ±256 mV에서 ±6.144 V까지 유연한 전 범위 입력 범위를 지원하는 프로그래머블 이득 증폭기(PGA)

• 입력 임피던스가 1 MΩ 이상으로 높아 다양한 센서에 직접 연결이 가능하며 추가적인 신호 조건부 및 ADC 드라이버 회로가 필요하지 않음

• 잡음 없는 해상도가 최저 7.81 µV까지 가능하여 열전대에서 발생하는 매우 작은 열기전력을 정확하게 측정할 수 있음

• 차동 채널 공통모드 제거비(CMRR)가 100 dB를 초과하여 산업용 간섭이 신호 획득에 미치는 영향을 줄이는 데 도움이 됨

03 솔루션 개요

CM1103은 네 개의 입력 핀을 통해 최대 두 개의 차동 입력 또는 네 개의 단일 종단 입력을 지원하는 유연한 채널 구성 제공. 아래 그림과 같음 응용 실제 응용에서 다이어그램을 보면, 한 개의 차동 채널은 열전대 온도 센서를 연결하는 데 사용할 수 있으며, 다른 싱글엔드 채널은 콜드 저션 근처에 위치한 NTC 서미스터에 연결할 수 있다. TC 및 NTC 채널은 독립적인 입력 이득과 샘플링 속도로 설정할 수 있어 매우 편리하다.

저희는 또한 CM1103을 기반으로 하여 온칩 온도 센서를 추가한 또 다른 제품인 CM1106도 제공한다. SPI 인터페이스를 통해 CM1106의 접합부 온도를 실시간으로 읽을 수 있다. ADC 근처에 콜드 저션이 위치하는 응용에서는 CM1106을 선택함으로써 추가적인 콜드 저션 측정 채널이 필요 없어지며, 이를 통해 더 많은 온도 측정 채널을 구현할 수 있다.