24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7713及其應(yīng)用

AD7713的AD公司的24位∑-Δ型模數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,該芯片線性度好,轉(zhuǎn)換精度高,并具有校準(zhǔn)方式多、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換率可程控、功耗低(動態(tài)工作方式下的功耗典型值為3.5mW,掉電方式下為35μW)等特點(diǎn),非常適合于高精度、低功耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用。

AD7713為24腳DIP結(jié)構(gòu)封裝,有3個(gè)模擬輸入通道,其中第1、2兩個(gè)通道為差分式輸入,第3通道為單端輸入(可輸入大信號),輸入增益可編程控制(1～128)。AD7713的串行輸出和多種工作方式可以為系統(tǒng)連接提供方便可靠的接口方法。

1 AD7713的引腳定義

AD7713為大規(guī)模集成芯片,其24個(gè)引腳(參看圖1)分別定義如下：

SCLK(1)：串行時(shí)鐘的輸入/輸出端,可用MODE腳的狀態(tài)來控制。當(dāng)MODE=1時(shí),芯片工作在內(nèi)部時(shí)鐘方式,此時(shí)SCLK腳輸出的是一個(gè)串行時(shí)鐘信號,當(dāng)RFS或TFS變低時(shí),SCLK被激活;而當(dāng)RFS或TFS中的一個(gè)為高或器件完成一個(gè)輸出字的傳送后,SCLK轉(zhuǎn)為高阻態(tài)。當(dāng)MODE=0時(shí),芯片工作在外部時(shí)鐘方式,此時(shí)輸入的串行時(shí)鐘可用作數(shù)據(jù)傳送的移位脈沖。

MCLK IN(2)：器件的主時(shí)鐘信號輸入腳,其主時(shí)鐘信號可由石英晶體或外部時(shí)鐘提供。使用石英晶體時(shí),石英晶體可直接跨接在MCLK IN和MCLK OUT引腳之間;使用外部時(shí)鐘時(shí),該腳可由與CMOS兼容的電平來驅(qū)動而將MCLK OUT腳懸空。輸入時(shí)鐘的頻率最高為2MHz。

MCLK OUT(3)：當(dāng)主時(shí)鐘用石英晶體或陶瓷諧振器時(shí),應(yīng)將該石英晶體或陶瓷諧振器連接在MCLK IN與MCLK OUT引腳之間。

A0(4)：地址輸入,當(dāng)A0為低時(shí),對器件的控制寄存器進(jìn)行讀/寫操作;當(dāng)A0為高時(shí),對器件的數(shù)據(jù)寄存器或校準(zhǔn)寄存器進(jìn)行讀寫操作。

SYNC(5)：邏輯輸入,當(dāng)系統(tǒng)使用多個(gè)AD7713時(shí),使用該引腳可實(shí)現(xiàn)各芯片內(nèi)部數(shù)字濾波器的同步。

MODE(6)：邏輯輸入,當(dāng)MODE=1時(shí),器件采用內(nèi)部時(shí)鐘方式;當(dāng)MODE=0時(shí),器件采用部時(shí)鐘方式。

引腳7～10：這四個(gè)引腳分別為模擬輸入通道1、2的正、負(fù)輸入端。

STANDBY(11)：邏輯輸入,當(dāng)該引腳為低時(shí),將切斷器件內(nèi)部模擬和數(shù)字電路的電源,從而使AD7713處于低功耗狀態(tài)。

AVDD(12)：模擬正電源,+5～+10V。

RTD1(13)：恒流輸出,通常為200μA,可用作電阻式熱敏器件的激勵電流,該電流可由程序來控制通/斷。

REF IN_(14)：參考輸入,其電位可取AVDD與AGND之間的任意值。

REF IN+(15)：參考輸入,應(yīng)注意REF IN+,必須在于REF IN-。

RTD2(16)：與RTD1腳功能大體相同,也可與RTD1組合使用,另外,利用此腳可在三線RTD結(jié)構(gòu)中消除引線電阻所產(chǎn)生的誤差。

AIN3(17)：模擬輸入通道3,輸入信號幅度可達(dá)±4VREF/GAIN,當(dāng)GAIN=1且VREF=2.5V時(shí),AIN3的輸入范圍為±10V。

AGND(18)：模擬地。

TFS(19)：發(fā)送幀同步信號,低電平有效。當(dāng)TFS=0時(shí),芯片允許寫入串行數(shù)據(jù)。在內(nèi)部時(shí)鐘方式下,TSF變低將使得串行時(shí)鐘SCLK有效;在外部時(shí)鐘方式下,TSF必須在數(shù)據(jù)字被寫入器件的第一個(gè)位之前為低。

RFS(20)：接收禎同步信號,低RFS=0時(shí),允許對器件進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取的操作。在內(nèi)部時(shí)鐘方式下,RFS變低將使串行時(shí)鐘和數(shù)據(jù)同時(shí)有效;在外部時(shí)鐘方式下,RFS變低可使SDATA有效。

DRDY(21)：邏輯輸出,表示數(shù)據(jù)寄存器的更新速率,DRDY的每一個(gè)下降沿都將指明一個(gè)新的數(shù)據(jù)字傳輸?shù)拈_始。當(dāng)一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字傳輸結(jié)束后,DRDY將返回到高。

SDATA(22)：串行數(shù)據(jù)。輸入時(shí),CPU將把數(shù)據(jù)字寫入到器件的控制寄存器或校準(zhǔn)寄存器;輸出時(shí),CPU將讀取控制寄存器、校準(zhǔn)寄存器、數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)。

在讀操作期間,RFS變低之后串行數(shù)據(jù)有效;而在寫操作期,在TFS變低之后,將在SCLK的上升沿加入有效數(shù)據(jù)。

輸出的數(shù)據(jù)在單極性輸入時(shí)為自然二進(jìn)制代碼,而在雙極性輸入時(shí)為偏移二進(jìn)制代碼。

DVDD(23)：+5V數(shù)字電源。DVDD與AVDD的差不得超過0.3V,否則,芯片將不能正常工作。

DGND(24)：數(shù)字地。

表1 工作方式選擇

MD2 MD1 MD0 工 作 方 式 0 0 0 正常方式,加電復(fù)位后的缺省值 0 0 1 自校準(zhǔn)有效,用于對激活CH1和CH0所確定的自校準(zhǔn),校準(zhǔn)完成后返回正常方式 0 1 0 系統(tǒng)校準(zhǔn)有效,對激活通道作第一步系統(tǒng)校準(zhǔn)(零點(diǎn)失調(diào)校準(zhǔn)) 0 1 1 系統(tǒng)校準(zhǔn)有效,系統(tǒng)校準(zhǔn)的第二步,即滿量程校準(zhǔn) 1 0 0 系統(tǒng)失準(zhǔn)有效,對激活通道作系統(tǒng)失調(diào)校準(zhǔn) 1 0 1 背景噪聲校準(zhǔn)有產(chǎn),對激活通道作通道作背景噪聲校準(zhǔn)(輸入端與模擬地短接) 1 1 0 讀/寫零點(diǎn)校準(zhǔn)系數(shù),當(dāng)A0=1時(shí),執(zhí)行讀操作以讀取通道的零點(diǎn)校準(zhǔn)系數(shù),同時(shí)執(zhí)行寫操作以寫入零點(diǎn)校準(zhǔn)系數(shù) 1 1 1 讀/寫滿量程校準(zhǔn)系數(shù),當(dāng)A0=1時(shí),執(zhí)行讀操作以讀取通道滿量程校準(zhǔn)系數(shù),同執(zhí)行寫操作以寫入滿量程校準(zhǔn)系數(shù)

表2 通道增益設(shè)定

G2 G1 G0 增 益 0 0 0 1(缺省值) 0 0 1 2 0 1 0 4 0 1 1 8 1 0 0 16 1 0 1 32 1 1 0 64 1 1 1 128

2 AD7713內(nèi)部控制字的設(shè)定

AD7713的工作狀態(tài)可通過程序向器件內(nèi)部寫入控制字來設(shè)定,輸入控制字字長為24位。寫入時(shí),必須連續(xù)寫入24位數(shù)據(jù),若寫入的數(shù)據(jù)不足,這些數(shù)據(jù)就不會被加載到控制寄存器中,具體格式為：

格式中的控制字的最高三位用于確定AD7713的工作方式,具體組合如表1所列。G2,G1,G0則用來確定輸入通道的增益,可參見表2。CH1和CH0可確定輸入通道號,其編碼見表3。當(dāng)字長選擇定義位WL=0時(shí),字長為16位(上電復(fù)位時(shí)的缺省值);當(dāng)WL=1時(shí),字長為24位。當(dāng)激勵電流控制位RO=0時(shí),激勵電流關(guān)斷(上電復(fù)位時(shí)的缺省值);當(dāng)RO=1時(shí),激勵電流接通。熔斷電流控制(Burn-out Current)定義位BO=0時(shí),關(guān)斷AIN端內(nèi)部的20nA電流源(上電復(fù)位時(shí)的缺省值);當(dāng)BO=1時(shí),允許該電流流出,一般情況下,該電流是禁止的。當(dāng)極性選擇定義位B/U=0時(shí),允許雙極性輸入(上電復(fù)位時(shí)的缺省值);當(dāng)B/U=1時(shí),允許單極性輸入。