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AD7705-模數轉換器-電路原理介紹

 

AD7705是AD公司的一款新型16位AD轉換器。該器件包括由放大器(PGA)和緩衝器組成的前端模擬調節電路、可程式設計數字濾波器、調製器。可以通過感測器直接測量多通道小訊號進行AD轉換,適用於直流和低頻交流訊號測量應用。

 

它具有低功耗特性(3V時最大1mW),可用於環路供電、本地供電或電池供電的應用。片上具有可提供從1到128增益設定的可程式設計增益放大器,允許高低電平模擬輸入,而無需外部訊號對硬體進行調節。AD7705採用SPI和SPIQ相容三線序列口,可以方便地連線各種微控制器或DSP,而且還可以大大節省並行介面模式CPU的 I/O口。 

 

AD7705的CS需置低電平。DRDY狀態通過使用數字濾波器和其他元件監視DRDY線。可以通過感測器直接測量多通道小訊號AD轉換。該器件具有高解析度、自校準能力、優異的抗噪聲效能以及低功耗等特點,適合儀器儀表領域的應用。

 

 

如果外部連線晶振、精密參考源和去耦電容,可以進行連續AD轉換。它使用低成本、高解析度的轉換技術來實現16位無錯誤資料輸出。這符合對解析度要求高,但對數字轉換要求並不高的應用,如智慧儀表產品和數字音訊產品。以下對晶片的幾個重要部分以及特性進行簡要的說明。

 

AD7705片上增益可程式設計放大器有8種增益可以選擇,分別為1、2、4、8、16、32、64以及128,允許各種輸入訊號放大至接近AD轉換晶片的滿刻度電壓,然後進行AD轉換,這將有助於提高轉換質量。當電源電壓為5V,參考電壓為21V時,晶片可接受20mV至215V範圍內的單極訊號,±20mV至±215V的雙極訊號。

 

必須注意的是,這裡的負電壓是相對於AIN(-)的,這兩個引腳應該被偏置到適當的正電位。輸入模擬訊號由AD連續轉換。取樣頻率fs由主頻率clk和增益決定。增益(16至128)通過多次樣本並使用參考電容與輸入電容的比值來獲得。

  

 

 AD7705使用具有(sinNx /sinx)^3函式功能低通數字濾波器,幅度頻率特性如下所示:

 

 

其中,器件產生的噪聲大部分來源於半導體量化噪聲。PGA放大頻率和濾波第一陷波頻率越低,半導體量化噪聲輸出越小,AD的解析度越高。

 

為了提高AD轉換的質量,AD7705提供了兩個功能選項:自校準和系統校準。 當工作電壓和環境溫度變化時,或者裝置工作狀態的改變,如輸入通道的切換、增益,訊號輸入範圍的變化及數字濾波器第一陷波頻率變化等,則必須進行校準。

 

偏置電壓校準零刻度,在內部產生的VREF電壓和選定增益條件下執行滿量程校準。在已定增益下,在外部向AIN(+)側先施加零電壓,然後施加滿刻度電壓,首先校準零刻度點,然後校準滿刻度點。基於零刻度和滿刻度校準資料,片上微控制器對轉換器輸入輸出轉換的偏移和增益進行計算,並補償誤差。

 

AD7705包括五個序列資料介面,其中資料輸入端D_IN,序列時鐘輸入端S_CLK,轉換資料輸出端D_OUT,晶片選擇輸入端CS用於傳輸資料,狀態訊號輸出DRDY端用於指示輸出資料暫存器資料是否準備就緒。當DRDY 端電平置低時,轉換的資料可用; 當DRDY端電平置高時,輸出更新資料,無法讀取。根據設定的資料輸出進行速率更新A / D轉換處理。任何操作都必須向對應的片上暫存器新增新的程式設計指令。

 

AD7705包括通過器件串列埠訪問的8個暫存器。第1個為通訊暫存器,它確定下一個操作是讀還是寫到哪個暫存器,並控制對哪個輸入通道取樣。與裝置的所有通訊必須首先寫入通訊暫存器。其暫存器選擇位RS2〜RS0確定哪個暫存器訪問下一個操作,輸入通道選擇位CH0,CH1決定轉換或訪問校準資料的輸入通道。第2個為設定暫存器,它是一個8位暫存器,用於設定校準方法、工作模式等。第3個位時鐘暫存器,它也是可讀可寫的8位暫存器,主要用於設定AD晶片工作頻率引數和AD轉換的輸出速率。第4個為資料暫存器,它是16位只讀暫存器,用於儲存AD晶片的轉換結果。

 

值得注意,資料手冊顯示它是16位暫存器,但實際上它是由兩個8位儲存單元組成,輸出MSB在前,如果接收微控制器需要LSB在前。其他暫存器是測試暫存器,滿量程校準暫存器,零標度校準暫存器等,用於測試並存儲校準資料,同時用來分析噪聲誤差。

 

 

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