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高精度模数转换器AD7671的原理及应用




  概述

  AD7671是采样速率达1MSPS的16位逐次逼近型高速高精度数模转换器,采用5V单电源供电,并能提供单极性和双极性两种输入方式,可适用各种不同的输入范围。它还提供校准与误差校正电路、内部时钟、8位或16位并行口和一个串行口。AD7671能够达到16位分辨率,而且无失码,最大积分非线性误差(INL)仅为±2.5LSB,能够满足各种高精度应用的要求。

  AD7671能够工作在三种不同的方式下,以提供不同的采样速率。包括采样速率达1MSPS 的“Warp”工作方式(两次转换之间的时间不能超过1ms),适合于要求高速采样的应用场合;最高采样速率为800KSPS的“Normal”工作方式(对两次转换之间的时间没有任何限制),适合异步数据采集系统;最高采样速率为666KSPS的“Impluse”工作方式,功耗随数据吞吐量变化,适合低功耗、电池供电系统。

  AD7671的内部结构

  图1是AD7671的内部结构框图,由图中可知该芯片主要有三部分构成:数模转换电路、逻辑控制电路和接口电路。其中数模转换电路主要由一个16位高精度逐次逼近型ADC组成;逻辑控制电路包括内部时钟、转换控制逻辑和硬件校准电路,主要用于控制芯片的工作方式;串行接口和高速并行接口组成了芯片的接口电路,提供了对芯片的各种控制信号。

AD7671的内部结构框图

  操作时序与应用电路

  图2为AD7671采用并行数据输出模式时的时序图。通常情况下,AD7671有两种数据读取方式。一种是在数据转换过程完成后,读取转换的数据;另一种是在数据转换的过程中,读取上一次转换完成的数据。图中的时序图描述了后一种情况,即主控制器发出CNVST信号后,检测BUSY信号。当BUSY信号置为高电平时,读取由上一个转换过程所转换的数据。

AD7671采用并行数据输出模式时的时序图

  图3是AD7671与TI公司的DSP TMS320VC5402的典型连接图,该图是高速高精度数据采集系统中的数据采集部分。图中AD7671的输入范围已经配置成±5V,其数据端口采用高速并行接口。接口的数据读取模式设置为图2所示的模式,其中+5VA和-5VA分别是由7805和7905产生的模拟电压。由于TMS320VC5402数据接口的电压为3.3V,所以将3.3V数字电压输入到OVDD管脚,这样AD7671的数据接口电压就可以和DSP的数据接口相兼容。用户在使用中,如果需要5V的接口电压,只要简单地将OVDD的输入电压配置成5V即可。ADR421为AD7671提供了+2.5V的基准电压。AD7671的模拟输入端采用了由低噪声系数的激励放大器AD8021构成的驱动电路来驱动AD7671。图中AD7671和DSP之间的逻辑电路是由CPLD所实现的,在这里其用逻辑符号表示。

  调试程序

  由图3可知,TMS320VC5402将XF管脚置为低电平来片选AD7671,并且通过使地址线高两位A15和A14置为高电平、IOSTRB置为低电平使能CNVST和RD信号,当AD7671将BUSY管脚置为高电平时,TMS320VC5402通过检测到其BIO管脚即可采集数据。下面给出了AD7671的采样调试程序。

时序

  main:

  stm #2100h,ar1;将数据缓冲区的首地址放入AR1

  ld #1000h,a;设置采样点的个数

  nop

  rsbx xf;将XF管脚置为低电平,用来片选AD7671

  nop;适当的延迟

  nop

  herec: nop

  nop

  xc 2,bio;检测BIO管脚,当AD7671将BIO管脚置为高电平时,

  b hered;跳转至hered保存采集到的数据

  nop

  bc herec,aneq;检测1000h个数据是否采集完成

  hend: b $

  hered: portr #0c000h,*ar1+;保存AD7671发送过来的数据

  sub #1h,a;将寄存器A中的数减一

  rpt #4;适当的延迟

  nop

  b herec

  结束语

  AD7671的能够满足各种高速高精度应用的需求,还提供了两种接口电压可调的数据接口,大大提高了系统设计的灵活性,所具有的多种工作方式可满足不同应用的需求。应用AD7671设计的数据采集系统可在实际环境中稳定运行,并且达到了设计要求。

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