數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD420及其與MSP430的接口技術(shù)

1 概述
AD420是ADI公司生產(chǎn)的高精度、低功耗全數(shù)字電流環(huán)輸出轉(zhuǎn)換器。AD420的輸出信號(hào)可以是電流信號(hào)，也可以是電壓信號(hào)。其中電流信號(hào)的輸出范圍為4mA~20mA，0mA~20mA或0mA~24mA，具體可通過(guò)引腳RANGE SELECTl，RANGE SELECT2進(jìn)行配置。當(dāng)需要輸出電壓信號(hào)時(shí)，它也能從一個(gè)隔離引腳提供電壓輸出，這時(shí)需外接一個(gè)緩沖放大器，可輸出0V～5V，0V~10V，±5V或±10V電壓。
AD420具有靈活的串行數(shù)字接口(最大速率可達(dá)3.3 Mb/s)，使用方便、性價(jià)比高、抑制干擾能力強(qiáng)，非常適合用于高精度遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。AD420與單片機(jī)的接口方式有2種：3線制和異步制。單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)AD420可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的模擬量輸出。其主要特點(diǎn)如下：
寬泛的電源電壓范圍為12 V~32 V，輸出電壓范圍為0V~-2.5 V；
帶有3線模式的SPI或Microwire接口，可采集連續(xù)的模擬輸入信號(hào)，采用異步模式時(shí)僅需少量的信號(hào)線；
數(shù)據(jù)輸出引腳可將多個(gè)AD420器件連接成菊鏈型；
上電初始化時(shí)，其輸出最小值為0 mA，4 mA或O V；
具有異步清零引腳，可將輸出復(fù)位至最小值(0mA、4 mA或0V)；
BOOST引腳可連接一個(gè)外部晶體管來(lái)吸收回路電流，降低功耗；
只需外接少量的外部器件，就能達(dá)到較高的精度。
AD420采用24引腳SOIC和PDIP封裝，表1是其引腳功能說(shuō)明。

2 工作原理
在AD420中，二階調(diào)節(jié)器用于保持最小死區(qū)。從調(diào)節(jié)器發(fā)出的單字節(jié)流控制開關(guān)電流源，兩個(gè)連續(xù)的電阻電容裝置進(jìn)行過(guò)濾。電容為電流輸出額外增加的器件。輸出電流則簡(jiǎn)單顯示為4 mA～20 mA，OmA～20mA或0mA～24mA。AD420采用BiCMOS工藝，能夠適合高性能的低電壓數(shù)字邏輯和高電壓模擬電路。
如果需要，AD420同樣能夠提供電壓輸出代替電流環(huán)輸出。增加了一個(gè)額外的電壓放大器使用戶得到OV~5 V，0V～10V，±5V或±10V的電壓。
AD420有一個(gè)環(huán)路故障檢測(cè)電路。當(dāng)開環(huán)或者供電電壓不足使IOUT電壓超過(guò)限制電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生警報(bào)。故障檢測(cè)端為低電平觸發(fā)，所以可以用一個(gè)上拉電阻器同時(shí)連接至多個(gè)AD420的故障檢測(cè)端，上拉電阻器可以接至VLL端或外接5 V邏輯電壓。
IOUT電流由一個(gè)PMOS晶體管和內(nèi)置放大器控制。內(nèi)置電路提供故障輸出，避免使用窗口限制比較器，這就要求在故障檢測(cè)端輸出有效之前需要一個(gè)實(shí)際的誤差輸出。反之，當(dāng)AD420輸出級(jí)的內(nèi)置放大值低于l V的驅(qū)動(dòng)值時(shí)，信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生。因此，故障輸出端在跳轉(zhuǎn)限制達(dá)到要求之前保持不變。由于比較在輸出放大反饋網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行，輸出精度通過(guò)開環(huán)增益保持穩(wěn)定，在故障檢測(cè)輸出變?yōu)橛行е皼]有輸出誤差。3個(gè)數(shù)字接口，包括數(shù)據(jù)輸入、CLOCK、LATCH。如果用戶想要使本質(zhì)安全應(yīng)用電路具有最少的流電隔離器數(shù)目，可將AD420配置在異步模式下工作，這種模式可將LATCH通過(guò)一個(gè)限流電阻連接到Vcc來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)的值通過(guò)O，1進(jìn)行組合來(lái)構(gòu)造信息并觸發(fā)LATCH信號(hào)。
2.1 時(shí)序操作
如圖1所示，AD420采用∑-△架構(gòu)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)固有的單調(diào)性以及高分辨率，因此特別適合工業(yè)控制環(huán)境的相對(duì)低帶寬需求。