MAX31865 als RTD-Frontend für einen PT100

Der MAX31865AAP+ ist ein 20-poliger SSOP-Widerstands-Digital-Wandler für Platin-RTDs von PT100 bis PT1000. Er speist den Sensor, misst dessen Widerstand als Verhältnis zu einem externen Referenzwiderstand und liefert ein 15-Bit-Ergebnis über SPI. Zwei-, Drei- und Vierleiteranschlüsse sowie Fehlererkennung werden unterstützt.

Ein PT100 hat bei 0°C nominal 100 Ω. Die Software wandelt den Widerstand mit der freigegebenen Norm oder Callendar-Van-Dusen-Koeffizienten in Temperatur um. Der Wandler liefert ein Verhältnis und keinen von RTD-Typ und Koeffizienten unabhängigen Temperaturwert.

Referenzwiderstand, Leiterschaltung, Filter, Biaszeit, Klemme, Kabel und Eigenerwärmung bestimmen die Genauigkeit. 15 Bit, nominal 0,03125°C Auflösung, maximal 21 ms Wandlungszeit und Wandlergenauigkeit werden mit Sensor- und Einbaufehlern kombiniert.

Die genaue 20-polige Variante bestätigen

MAX31865AAP+ ist das 20-polige SSOP; ATP bezeichnet ein 20-poliges TQFN mit Exposed Pad. Montage und thermische Bedingungen unterscheiden sich. Zehn Anschlüsse je Seite, Breite, Pin eins und Landmuster werden aus der Zeichnung übernommen.

Die PT100-Kennlinie definieren

Neben 100 Ω bei 0°C werden Alpha und Norm festgelegt. Häufig gilt 0,00385/°C. Klasse, Bereich, Koeffizienten, Schutzrohr, Ansprechzeit und zulässige Erregung gehören in die Sensorspezifikation.

Die Verhältniswandlung verstehen

Der 15-Bit-Code entspricht RRTD/RREF mal 32768. Software multipliziert mit dem tatsächlichen RREF und teilt durch 32768, bevor die RTD-Gleichung folgt. Rohcode und Referenzwert bleiben diagnostizierbar.

Den Referenzwiderstand bewusst wählen

RREF bestimmt Vollbereich und Verstärkungsfehler. Das PT100-Beispiel nutzt ungefähr 400 Ω. Der Wert folgt maximalem RTD-Widerstand und Codeausnutzung. Toleranz, Temperaturkoeffizient, Alterung und Kalibrierung gehen direkt ins Budget.

RREF und Differenzpfade sauber platzieren

RREF liegt nahe REFIN+ und REFIN- und wird kurz sowie symmetrisch geführt. RTDIN bleibt als kleine Differenzschleife bis Filter und Klemme zusammen. Stoß-, Schirm- und Digitalrückströme bleiben aus dem Referenzbereich.

Den Leitungsfehler bei Zweileiter kennen

Bei Zweileiter addieren sich beide Leitungswiderstände zum PT100. Nahe 0°C ändert er sich nur etwa 0,385 Ω/°C, sodass wenige Ohm einen großen Fehler bilden. Diese Schaltung eignet sich für kurze oder charakterisierte Leitungen.

Dreileiter mit passenden Leitungen kompensieren

Dreileiter setzt gleiche Widerstände zweier Leitungen voraus. Topologie und Konfigurationsbit müssen stimmen; Material, Länge, Querschnitt und Klemmenpfade werden angeglichen. Der Restfehler aus der Abweichung wird über Temperatur berechnet.

Vierleiter für beste Leitungskompensation nutzen

Vierleiter trennt Strom- und Spannungsmessung am RTD. Die Sense-Leitungen führen kaum Strom, daher wirkt ihr Widerstand nur gering. Force und Sense bleiben durch Klemme, Kabel und Sonde eindeutig zugeordnet.

Das Differenzeingangsfilter aufbauen

Für PT100 zeigt das Datenblatt 100 nF zwischen den RTD-Eingängen. Zusammen mit symmetrischen Seriengliedern reduziert dies Differenzstörungen und legt die Einschwingzeit nach Bias fest. Zusätzliche Filter müssen abgeglichen bleiben.

50-Hz- oder 60-Hz-Unterdrückung wählen

Ein Bit wählt die Netzunterdrückung passend zur Region und beeinflusst die Wandlungszeit. Geräte für mehrere Regionen benötigen eine kontrollierte Einstellung. Gegen Motor- und HF-Störungen sowie Sättigung sind weitere Maßnahmen nötig.

Biaszeit und Eigenerwärmung steuern

Dauerbias vereinfacht Abläufe, erhöht aber die mittlere Sensorleistung. Im One-Shot folgen Bias, Einschwingen, Wandlung, Lesen und Abschalten in definierter Reihenfolge. Messungen mit verschiedenen Tastverhältnissen zeigen Eigenerwärmung oder fehlendes Einschwingen.

Wandlung und Data-Ready behandeln

Die maximale Wandlungszeit beträgt 21 ms. DRDY kann den Abschluss anzeigen, wenn Polarität, Pull-up und Interrupt stimmen. Die Sonde reagiert meist langsamer; sehr hohe Raten erzeugen redundante Daten und zusätzliche Erwärmung.

Code in Widerstand und Temperatur umrechnen

Aus zwei Datenbytes wird nach Entfernen des Fehlerbits der 15-Bit-Code gebildet. RREF liefert den Widerstand, danach folgt die freigegebene PT100-Gleichung. Tests umfassen 0°C, positive und negative Punkte, Grenzen und Fehlerschwellen.

Fehlererkennung als Ablauf verwenden

Unterbrechung, Kurzschluss und Bereichsverletzung werden mit Schwellen und Fehlerzyklus erkannt. Status, Rohcode, Konfiguration und Zeit werden vor dem Löschen protokolliert. Wiederholtes Löschen darf einen Wackelkontakt nicht verbergen.

Feldschutz an der Klemme vorsehen

Die hohe Eingangsfehlerspannungsfestigkeit ersetzt keinen Systemschutz gegen Surge und ESD. Der Strom wird am Platinenrand abgeleitet und von RREF ferngehalten. Klemmenleckstrom und Serienwiderstand werden über Temperatur geprüft.

Analog- und Digitalversorgung korrekt führen

VDD und DVDD arbeiten von 3,0 V bis 3,6 V und können eine kontrollierte 3,3-V-Quelle nutzen. Beide werden lokal abgeblockt, SPI bleibt von REFIN und RTDIN fern. Die Konfiguration wird geschrieben und zurückgelesen.

Den vollständigen Kanal kalibrieren

Präzisionswiderstände an der Klemme trennen Elektronik- und Sondenfehler. Danach folgt die Temperaturkalibrierung der Sonde. Versorgung, Umgebung, Kabel, Fehler, Feuchte, Vibration und EMV werden entsprechend dem Produktrisiko geprüft.

Die MAX31865-PT100-Kette abschließen

Bestätigt werden AAP-SSOP, PT100-Norm, Leiterzahl, Klemmenbelegung, RREF, Referenzlayout, 100 nF, Netzfilter und 3,0 V bis 3,6 V. Bias, Einschwingen, 21 ms, 15 Bit, Gleichung, Fehler, Schutz und Kalibrierung schließen die Freigabe ab.