XR-TFE24xxUR Datasheet

简单易用的RTD采集芯片

XR-TFE24xxUR Datasheet

MAX 4 通道 24bit RTD 温度前端信号调理芯片

> 芯睿 XINRUI | XR-TFE 系列

> 文档版本：V0.3（Preliminary）

> 日期：2026-05

1 产品概述

XR-TFE24xxUR 是芯睿 XR-TFE 系列中的 24 位高精度 RTD（铂电阻温度传感器）前端信号调理芯片，最高支持 4 通道同时采集。芯片内部集成 24 位 Sigma-Delta ADC、可编程增益放大器（PGA）、内部低噪声恒流源、偏移自校准、数字滤波及传感器故障诊断功能，可直接驱动 PT100 / PT1000 传感器并通过 UART 或 I2C 接口输出测量结果，大幅简化温度采集系统设计。

芯片采用恒流式架构，配合外部精密参考电阻，可有效消除激励电流漂移与参考电压漂移的影响，实现高精度、高稳定性的温度测量。

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2 主要特性

24 位 Sigma-Delta ADC，低噪声、高分辨率
最大 4 路独立 RTD 传感器输入通道
支持 PT100（参考电阻 2.4kΩ，可精确测量 0～800Ω）和 PT1000（参考电阻 3kΩ，可精确测量 0～3kΩ）
支持 2 线 / 3 线 / 4 线 RTD 接法
三线制线阻自动补偿
内置增益自动补偿
内置传感器专用恒流源
每次转换自动偏移校准（基线扣除）
数字平均滤波，抑制转换噪声
内置传感器故障诊断（开路 / 短路 / 异常检测）
UART 或 I2C 接口输出，简单易用
输出数据格式：定点比例值 / 浮点阻值 / 故障标志
宽工作电压范围：3.0V～5.5V
工作温度范围：-45℃～85℃
封装：SOP8 / SOP16

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3 典型应用

工业 RTD 温度变送器
多通道温度巡检仪
楼宇暖通空调温控系统
实验室精密温度采集
热管理与电池温度监控
PLC / DCS 温度输入模块

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4 功能框图

图 4-1 功能原理框图

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5 引脚说明

5.1 封装顶视引脚图

图 5-1 SOP8 / SOP16 顶视引脚图

5.2 引脚功能表

SOP8 引脚号	SOP16 引脚号	引脚名称	I/O 类型	功能描述
1	1	VDD	P	电源输入（正电源）
2	2	SP_O	AO	传感器激励输出（所有 PT 通道共用激励正端）（不可用于其他负载）
3	3	SCL/RX	I/O	I2C 通信时钟 / UART 接收
4	4	SDA/TX	I/O	I2C 通信数据 / UART 发送
-	5	ADDR0	I	I2C 从机地址配置位 0（多芯片组网用）
-	6	ADDR1	I	I2C 从机地址配置位 1（多芯片组网用）
-	7	PTB4	AI	PT 通道 4 B 端（铂电阻差分负端 / 线电阻采样端）
-	8	PTA4	AI	PT 通道 4 A 端（铂电阻差分正端 / 激励端）
-	9	PTB3	AI	PT 通道 3 B 端（铂电阻差分负端 / 线电阻采样端）
-	10	PTA3	AI	PT 通道 3 A 端（铂电阻差分正端 / 激励端）
-	11	PTB2	AI	PT 通道 2 B 端（铂电阻差分负端 / 线电阻采样端）
-	12	PTA2	AI	PT 通道 2 A 端（铂电阻差分正端 / 激励端）
5	13	PTB1	AI	PT 通道 1 B 端（铂电阻差分负端 / 线电阻采样端）
6	14	PTA1	AI	PT 通道 1 A 端（铂电阻差分正端 / 激励端）
7	15	SP_I	AI	参考电阻采样端 / 公共反馈端（所有 PT 通道共用）
8	16	GND	P	电源地

> P = 电源，AI = 模拟输入，AO = 激励输出，O = 数字输出，I = 数字输入。

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6 绝对最大额定值

参数	符号	最小值	最大值	单位
电源电压	V_DD	-0.3	6.0	V
数字 IO 电压	V_IO	-0.3	VDD+0.3	V
工作温度	T_OP	-45	85	℃
存储温度	T_STG	-65	150	℃

> 注意：超过绝对最大额定值可能导致器件永久损坏。

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7 推荐工作条件

参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压	V_DD	3.0	5.0	5.5	V
工作温度	T_A	-	25	-	℃
内部激励源输出	I_LDO	-	4	8	mA

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8 电气特性

*以下参数在 V_DD = 5V，T_A = 25℃，PTR 小于 REFR×50% 条件下测量，具体以样品测量为准。*

8.1 ADC 特性

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
分辨率	T=-40℃～85℃，PTR 小于 REFR×50%	—	23	—	bit
有效位数（ENOB）	T=-40℃～85℃，PTR 小于 REFR×50%	—	18	—	bit
输出数据速率	BR=9600	—	~16	—	Hz
输入噪声（RMS）	T=-40℃～85℃，PTR 小于 REFR×50%	—	15	70	μV
积分非线性误差	T=-40℃～85℃，PTR 小于 REFR×50%	—	100	300	ppm
偏移漂移	T=-40℃～85℃，PTR 小于 REFR×50%	—	15	45	μV/℃
增益漂移	T=-40℃～85℃，PTR 小于 REFR×50%	—	35	105	ppm/℃

注：PTR 为 PT 传感器阻值，REFR 为参考阻值。

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9 测量原理与参考电阻

芯片采用比例法（恒流激励）测量：在恒定激励下，分别得到参考电阻与 PT 回路的等效码值，经补偿与归一化后得到无量纲比例 ratio，再换算为电阻或交由上位机换算温度。

9.1 推荐参考电阻

传感器类型	推荐参考电阻	精度要求	温漂要求
PT100	2.4kΩ	≤ 0.1%	≤ - ppm/℃
PT1000	3kΩ	≤ 0.1%	≤ - ppm/℃

9.2 与输出数据的对应关系

比例定点值、浮点阻值及故障标志的编码与解析见对应通信接口章节。

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10 故障诊断

芯片内置传感器故障检测功能，可自动识别以下异常状态：

故障类型	检测能力	诊断标志
传感器开路	铂电阻断线或接触不良	DIAG bit7
传感器短路	铂电阻两端短接	DIAG bit6
通用异常	信号不在有效范围内	DIAG bit5
正常	所有检测通过	DIAG = 0x00

故障恢复：检测到故障后，需连续多次正常采集才会自动清除故障标志，防止误恢复。

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11 串行通信接口（UART）

本章按常规顺序说明：硬件与参数配置 → 通用帧格式 → 各命令响应的数据编码、位域与计算公式。

11.1 硬件与电气参数

项目	规格
接口类型	异步串行 UART，TTL 电平
逻辑高电平	空闲态为高电平（与多数 MCU UART 直连）
默认波特率	9600 bps
可选波特率	1200 / 2400 / 4800 / 9600 / 19200 / 38400 / 57600 / 115200 bps（可定制）
数据位	8
校验位	无（N）
停止位	1
帧格式简称	8N1
单字节内位序	LSB 先发（bit0→bit7，符合标准 UART 与常见 MCU UART）
多字节数据序	载荷为小端（Little-Endian，低字节在前）

11.2 通用帧格式（命令查询模式）

上位机向芯片发送 1 字节命令，芯片回复 固定结构应答帧：

字段	长度	说明
帧头 HEAD	1 字节	与发送的命令字节相同，用于帧同步
载荷 PAYLOAD	N 字节	见 11.4～11.6 各子节，N 依命令类型而定
帧尾 TAIL	1 字节	TAIL = ~HEAD（对 HEAD 按位取反）

示例：若 HEAD = 0x50，则 TAIL = 0xAF。

整帧字节序列：HEAD + PAYLOAD + TAIL（"+"表示字节拼接）。

11.3 命令与响应一览

命令（HEX）	通道	载荷含义	载荷长度 N
0x50	CH0	比例值（定点，放大 10^8 倍）	4
0x51	CH1	同上	4
0x52	CH2	同上	4
0x53	CH3	同上	4
0x54	CH0	PT 阻值（IEEE754 单精度浮点）	4
0x55	CH1	同上	4
0x56	CH2	同上	4
0x57	CH3	同上	4
0xA0	CH0	故障 / 诊断标志 DIAG	1
0xA1	CH1	同上	1
0xA2	CH2	同上	1
0xA3	CH3	同上	1

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11.4 比例值响应（0x50～0x53）详解

11.4.1 载荷位域（32 bit，无符号定点）

比例值以 32 位无符号整数 传输，小端：字节 0 为最低有效字节（LSB），字节 3 为最高有效字节（MSB）。

表 11-1 比例值载荷位域（示意）

字节序号（载荷内）	位域（整帧 32 bit）	含义
0	bit7～bit0	低字节（LSB）
1	bit15～bit8
2	bit23～bit16
3	bit31～bit24	高字节（MSB）

记无符号整数为 U，则与无量纲比例 ratio 的关系为：

ratio = U / 10^8

11.4.2 由比例值换算 PT 电阻（上位机）

设参考电阻标称值为 R_ref（见第 9 章），系统校准系数为 K_cal（受参考电阻精度和布线影响，酌情调整，建议标定为 1.01）：

R_pt = ratio × R_ref × K_cal = (U / 10^8) × R_ref × K_cal

单位：Ω。温度换算由上位机按 IEC 60751 或查表完成。

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11.5 阻值响应（0x54～0x57）详解

11.5.1 载荷格式（IEEE754 单精度浮点）

载荷为 4 字节，小端，符合 IEEE 754 binary32。

表 11-2 IEEE754 单精度位域

域	位范围	宽度	说明
符号 S	bit31	1	0 正，1 负
阶码 E	bit30～bit23	8	偏置 127
尾数 F	bit22～bit0	23	隐含前导 1（规格化数）

数值（规格化）：

value = (-1)^{S × (1 + F/2}23) × 2^(E-127)

其中 F 为 23 位尾数位段（规格化数隐含整数位 1）。载荷解析后即为该通道给出的 PT 电阻工程值（单位 Ω）（已含芯片内校准链路的浮点结果）。


/* 示例转换代码（小端序 MCU，如 STM32） */
typedef union {
    uint8_t bytes[4];
    float   value;
} FloatDataUnion;

FloatDataUnion pt_value;

/* 假设 RXBUF 已收到一帧数据：HEAD + 4字节载荷 + TAIL */
pt_value.bytes[0] = RXBUF[1];  // 低字节在前
pt_value.bytes[1] = RXBUF[2];
pt_value.bytes[2] = RXBUF[3];
pt_value.bytes[3] = RXBUF[4];

printf("pt_value = %f Ω", pt_value.value);

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11.6 故障标志响应（0xA0～0xA3）详解

11.6.1 载荷格式

载荷为 1 字节 DIAG，各位定义如下（1 表示故障/异常有效）：

表 11-3 DIAG 字节位定义

位	符号（文档用）	含义
bit7	OPEN	开路故障
bit6	SHORT	短路故障
bit5	FAULT	通用异常（信号不在有效范围等）
bit4	RSV	保留，固定按 0 处理
bit3～bit0	CNT	正常恢复计数等（故障消失后，采样恢复计数器，计数值达到15后恢复采样，并清除故障标志）

判读约定：若 bit7～bit5 均为 0，可视为该次诊断无上述三类故障；具体与连续采样、防抖相关的行为见产品发布说明。

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12 I2C 接口

12.1 硬件与电气参数

项目	规格
接口类型	I2C 从机模式，标准双向两线（SCL / SDA）
逻辑电平	TTL，与 VDD 同电平
标准模式	100 kHz（可定制）
快速模式	400 kHz（可定制）
从机地址	7-bit，由 ADDR0 / ADDR1 引脚电平组合配置（见 12.2）
传输位序	MSB 先发（符合 I2C 标准）
多字节数据序	小端（Little-Endian，低字节在前），与芯片内部存储顺序一致
时钟拉伸	从机在中断处理期间可拉伸 SCL（视具体实现）

12.2 从机地址配置

ADDR1	ADDR0	7-bit 从机地址	8 位写地址	8 位读地址
0	0	0x50	0xA0	0xA1
0	1	0x51	0xA2	0xA3
1	0	0x52	0xA4	0xA5
1	1	0x53	0xA6	0xA7

对应 8-bit 写地址 = 7-bit 地址左移 1 位 + 0，读地址 = 7-bit 地址左移 1 位 + 1。

12.3 寄存器映射表

芯片内部寄存器按功能分组，映射到连续的 8-bit 寄存器地址空间（0x00～0x3B），共 60 字节。

表 12-1 寄存器映射

寄存器地址	长度（字节）	名称	类型	说明
0x00～0x0F	16	PT_RATIO[0..3]	RO	比例值（定点放大 1e8 倍），每通道 4 字节，小端
0x10～0x1F	16	PT_VALUE[0..3]	RO	PT 阻值（IEEE754 单精度浮点），每通道 4 字节，小端
0x20～0x23	4	DIAG[0..3]	RO	故障诊断标志，每通道 1 字节
0x24～0x2B	8	PULLUP[0..3]	RW	上拉电阻配置值，每通道 2 字节，小端
0x2C～0x3B	16	OFFSET[0..3]	RW	偏移校准系数（IEEE754 单精度浮点），每通道 4 字节，小端

类型说明：

RO（Read-Only）：主机只能读取，由芯片内部自动更新
RW（Read-Write）：主机可读可写，芯片上电时加载默认值

12.4 寄存器详解

12.4.1 PT_RATIO[0..3]（地址 0x00～0x0F，RO）

比例值，芯片内部根据 ADC 采集结果自动计算并更新。每通道 4 字节，小端序，格式为 32 位无符号定点数，放大 1e8 倍。

换算公式：

ratio = PT_RATIO[n] / 10^8

R_pt = ratio × PULLUP[n] × OFFSET[n]

其中 PULLUP[n] 为上拉电阻配置值（单位 Ω），OFFSET[n] 为偏移校准系数。

12.4.2 PT_VALUE[0..3]（地址 0x10～0x1F，RO）

PT 阻值，芯片内部根据比例值、上拉电阻和偏移系数计算得出。每通道 4 字节，小端序，格式为 IEEE 754 单精度浮点，单位 Ω。

12.4.3 DIAG[0..3]（地址 0x20～0x23，RO）

故障诊断标志，每通道 1 字节。位定义同 表 11-3。

12.4.4 PULLUP[0..3]（地址 0x24～0x2B，RW）

上拉电阻配置值，每通道 2 字节，小端序，单位 Ω。芯片使用该值参与阻值计算。

默认值：

PT100 型号：2400（0x0960）
PT1000 型号：3000（0x0BB8）

12.4.5 OFFSET[0..3]（地址 0x2C～0x3B，RW）

偏移校准系数，每通道 4 字节，小端序，格式为 IEEE 754 单精度浮点。用于补偿参考电阻精度和布线引入的增益误差。

默认值： 1.003（约 0x3F80624E）

12.5 I2C 通信协议

12.5.1 写操作（主机写入寄存器）

主机向从机写入一个或多个连续寄存器的数据。

时序波形：

说明：

主机发送 START 条件
主机发送从机地址 + 写位（W）
从机应答 ACK
主机发送目标寄存器地址（8-bit，0x00～0x3B）
从机应答 ACK
主机发送一个或多个数据字节，从机每字节应答 ACK
主机发送 STOP 条件

地址自动递增：写入多字节时，从机内部地址指针自动递增，支持连续写入。

写保护：地址 0x00～0x23（PT_RATIO、PT_VALUE、DIAG）为只读区域，主机写入操作将被忽略。

12.5.2 读操作（主机读取寄存器）

主机从指定寄存器地址开始读取一个或多个连续字节。

时序波形：

说明：

主机发送 START 条件
主机发送从机地址 + 写位（W）
从机应答 ACK
主机发送目标寄存器地址（8-bit，0x00～0x3B）
从机应答 ACK
主机发送重复 START 条件
主机发送从机地址 + 读位（R）
从机应答 ACK，并开始发送数据
主机每收到一个字节后应答 ACK（继续读）或 NACK（停止读）
主机发送 STOP 条件

地址自动递增：读取多字节时，从机内部地址指针自动递增，支持连续读取。

12.6 上电默认值

寄存器区域	默认值	说明
PT_RATIO[0..3]	0x00000000	上电清零，首次 ADC 完成后更新
PT_VALUE[0..3]	0x00000000	上电清零，首次 ADC 完成后更新
DIAG[0..3]	0x00	无故障
PULLUP[0..3]	PT100: 2400 / PT1000: 3000	按型号预置
OFFSET[0..3]	1.003	按型号预置

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13 典型应用电路

13.1

图 13-1 典型应用电路

13.2 设计要点

VDD 电源滤波：推荐 100nF（高频）+ 4.7μF（储能）就近放置。
参考电阻R1需与第 9 章推荐值及精度等级一致。
通讯接口类型，传感器类型与订货型号有关。
非必要原件可提升电路可靠性，但会对采集精度产生影响，需适当调整K_cal补偿系数的大小。

13.3 参考 BOM

序号	器件	规格	数量	备注
1	XR-TFE2404UR 系列	按需选择，具体查看14章订购信息。	1	主芯片
2	精密参考电阻 R1	PT100：2.4kΩ；PT1000：3kΩ（精度/温漂见第 9 章）	1	参考电阻
3	滤波电容	100nF / MLCC	若干	VDD 去耦
4	滤波电容	4.7-10μF / MLCC	若干	VDD 储能
5	PT100 / PT1000	按应用	1～4	用户自选

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14 订购信息

型号	ADC	通道数	接口	传感器	封装	备注
XR-2401URH-U8-A1	24bit	1	UART	RTD100	SOP8	单通道 UART 版本
XR-2401IRH-U8-A1	24bit	1	I2C	RTD100	SOP8	单通道 I2C 版本
XR-2404URH-U16-A1	24bit	4	UART	RTD100	SOP16	4 通道 UART 版本
XR-2404IRH-U16-A1	24bit	4	I2C	RTD100	SOP16	4 通道 I2C 版本
XR-2401URT-U8-A1	24bit	1	UART	RTD1000	SOP8	单通道 UART 版本
XR-2401IRT-U8-A1	24bit	1	I2C	RTD1000	SOP8	单通道 I2C 版本
XR-2404URT-U16-A1	24bit	4	UART	RTD1000	SOP16	4 通道 UART 版本
XR-2404IRT-U16-A1	24bit	4	I2C	RTD1000	SOP16	4 通道 I2C 版本

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15 封装与外形尺寸

15.1 封装插图占位

图 15-1 封装外形与尺寸（待绘制）

15.2 封装参数表（供填写）

参数	数值	单位
封装类型	-	—
外形尺寸（L × W × H）	- × - × -	mm
引脚间距	-	mm
引脚数量	-	—
焊盘尺寸	-	mm
热阻 θ_JA	-	℃/W

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16 版本历史

版本	日期	说明
v0.3	2026-05	修改了IIC接口地址表描述错误。
V0.2	2026-05	更新 UART 多字节序为小端；补齐 I2C 接口章节（寄存器映射、通信协议、读写属性）
V0.1	2026-04	Preliminary，初始版本

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17 重要声明

本文档中的信息仅供参考，芯睿（XINRUI）保留在不另行通知的情况下对产品规格和文档内容进行修改的权利。芯睿不对因使用本文档中的信息而产生的任何直接或间接损失承担责任。

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123.133.35.117 2026-06-07 11:47

分光光度法的方法都是v

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