高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7671的原理及應(yīng)用

 概述

AD7671是采樣速率達(dá)1MSPS的16位逐次逼近型高速高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器，采用5V單電源供電，并能提供單極性和雙極性兩種輸入方式，可適用各種不同的輸入范圍。它還提供校準(zhǔn)與誤差校正電路、內(nèi)部時(shí)鐘、8位或16位并行口和一個(gè)串行口。AD7671能夠達(dá)到16位分辨率，而且無失碼，最大積分非線性誤差(INL)僅為±2.5LSB，能夠滿足各種高精度應(yīng)用的要求。

AD7671能夠工作在三種不同的方式下，以提供不同的采樣速率。包括采樣速率達(dá)1MSPS 的“Warp”工作方式(兩次轉(zhuǎn)換之間的時(shí)間不能超過1ms)，適合于要求高速采樣的應(yīng)用場(chǎng)合;最高采樣速率為800KSPS的“Normal”工作方式(對(duì)兩次轉(zhuǎn)換之間的時(shí)間沒有任何限制)，適合異步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);最高采樣速率為666KSPS的“Impluse”工作方式，功耗隨數(shù)據(jù)吞吐量變化，適合低功耗、電池供電系統(tǒng)。

AD7671的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖1是AD7671的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，由圖中可知該芯片主要有三部分構(gòu)成：數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、邏輯控制電路和接口電路。其中數(shù)模轉(zhuǎn)換電路主要由一個(gè)16位高精度逐次逼近型ADC組成;邏輯控制電路包括內(nèi)部時(shí)鐘、轉(zhuǎn)換控制邏輯和硬件校準(zhǔn)電路，主要用于控制芯片的工作方式;串行接口和高速并行接口組成了芯片的接口電路，提供了對(duì)芯片的各種控制信號(hào)。

操作時(shí)序與應(yīng)用電路

圖2為AD7671采用并行數(shù)據(jù)輸出模式時(shí)的時(shí)序圖。通常情況下，AD7671有兩種數(shù)據(jù)讀取方式。一種是在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程完成后，讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù);另一種是在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程中，讀取上一次轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)。圖中的時(shí)序圖描述了后一種情況，即主控制器發(fā)出CNVST信號(hào)后，檢測(cè)BUSY信號(hào)。當(dāng)BUSY信號(hào)置為高電平時(shí)，讀取由上一個(gè)轉(zhuǎn)換過程所轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。

圖3是AD7671與TI公司的DSP TMS320VC5402的典型連接圖，該圖是高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集部分。圖中AD7671的輸入范圍已經(jīng)配置成±5V，其數(shù)據(jù)端口采用高速并行接口。接口的數(shù)據(jù)讀取模式設(shè)置為圖2所示的模式，其中+5VA和-5VA分別是由7805和7905產(chǎn)生的模擬電壓。由于TMS320VC5402數(shù)據(jù)接口的電壓為3.3V，所以將3.3V數(shù)字電壓輸入到OVDD管腳，這樣AD7671的數(shù)據(jù)接口電壓就可以和DSP的數(shù)據(jù)接口相兼容。用戶在使用中，如果需要5V的接口電壓，只要簡(jiǎn)單地將OVDD的輸入電壓配置成5V即可。ADR421為AD7671提供了+2.5V的基準(zhǔn)電壓。AD7671的模擬輸入端采用了由低噪聲系數(shù)的激勵(lì)放大器AD8021構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)AD7671。圖中AD7671和DSP之間的邏輯電路是由CPLD所實(shí)現(xiàn)的，在這里其用邏輯符號(hào)表示。

調(diào)試程序

由圖3可知，TMS320VC5402將XF管腳置為低電平來片選AD7671，并且通過使地址線高兩位A15和A14置為高電平、IOSTRB置為低電平使能CNVST和RD信號(hào)，當(dāng)AD7671將BUSY管腳置為高電平時(shí)，TMS320VC5402通過檢測(cè)到其BIO管腳即可采集數(shù)據(jù)。下面給出了AD7671的采樣調(diào)試程序。

main:

stm #2100h,ar1;將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的首地址放入AR1

ld #1000h,a;設(shè)置采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)

nop

rsbx xf;將XF管腳置為低電平，用來片選AD7671

nop;適當(dāng)?shù)难舆t

nop

herec: nop

nop

xc 2,bio;檢測(cè)BIO管腳，當(dāng)AD7671將BIO管腳置為高電平時(shí)，

b hered;跳轉(zhuǎn)至hered保存采集到的數(shù)據(jù)

nop

bc herec,aneq;檢測(cè)1000h個(gè)數(shù)據(jù)是否采集完成

hend: b $

hered: portr #0c000h,*ar1+;保存AD7671發(fā)送過來的數(shù)據(jù)

sub #1h,a;將寄存器A中的數(shù)減一

rpt #4;適當(dāng)?shù)难舆t

nop

b herec

結(jié)束語

AD7671的能夠滿足各種高速高精度應(yīng)用的需求，還提供了兩種接口電壓可調(diào)的數(shù)據(jù)接口，大大提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性，所具有的多種工作方式可滿足不同應(yīng)用的需求。應(yīng)用AD7671設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可在實(shí)際環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，并且達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。