摘要:介绍了快速、低功耗模数转换器件AD976的主要特点、引脚功能及转换模式,给出了AD976在三分量智能检波器中的应用实例。
关键词:AD976;多通道采集;三分量智能检波器
数据采集系统中的采集信号能否满足要求,在很大程度上取决于模数转换器的选取及使用。为了满足三分量智能检波器设计中多通道、高分辨率、高采样率的性能要求,通过多方比较,笔者选用了适合要求的模数转换器AD976,并采用相应的设计技巧达到了多通道快速数据采集的要求。
AD976芯片介绍
1.1 AD976的特点
AD976是AD公司生产的模数转换器,它是采用电荷重分布技术的逐次逼近型模数转换器,其结构比传统逼近型ADC简单,且不再需要完整的模数转换器作为核心。由于电容网络直接使用电荷作为转换参量,而且这些电容已经达到了采样电容的作用,因而不必另加采样保持器。特别是由于使用电容网络代替电阻网络,消除了电阻网络中因温度变化及激光修调不当所引起的线性误差。AD976的内部校准功能可在用户不做任何调整的情况下,消除芯片内部的零位误差和由于电容不匹配造成的误差。AD976的主要特点如下:
●带有高速并行接口;
●最高采样速率可达100kSPS,同型号的AD976A的采样速率可达200kSPS;
●功耗低,采用单5V电源供电,最大功耗仅为100mW;
●精度高,具有16位分辨率,其最大积分非线性误差仅为2LSB,并可做到16位不失码;
●可选内部或外部的2.5V参考电源;
●带有片上时钟。
1.2 内部结构和引脚说明
图1是AD976的内部结构框图,该芯片内含逐次逼近型、开关电容式ADC、高速并行接口、转换控制逻辑、校准电路及2.5V内部参考源。
图2是AD976的引脚排列,其主要引脚功能如下:
D0~D15:16位数据转换结果输出引脚;
VIN:模拟电压输入,输入电压范围为±10V;
REF:参考电压输入/输出引脚,该引脚可接内部的2.5V参考电压,也可选用外部的参考源。通常需在AGND1和REF引脚之间连接一个2.2μF的钽电容;
CAP:参考缓冲输出,在CAP和AGND2引脚之间也需连接一2.2μF的钽电容;
VANA:模拟电源引脚,通常接+5V;
AGND1:模拟地,用于REF引脚的参考点;
AGND2:模拟地;
VDIG:数字电源引脚,通常接+5V;
DGND:数字地;
R/ C:读/转换输入,当CS引脚为低电平时,可在R/ C引脚的下降沿使内部采样/保持器进入保持状态并起动一次转换;
CS:片选信号输入,当R/ C引脚为低电平时,可在CS引脚的下降沿起动一次转换;当R/ C引脚为高电平时,在CS引脚的下降沿输出数据位有效;当CS引脚为高电平时,输出数据位将呈高阻状态;
BUSY:状态输出;
BYTE:字节选择引脚,BYTE为低电平时,6~13引脚上的数据为高字节,15~22引脚上的数据为低字节;当BYTE为高电平时,6~13引脚上的数据为低字节,15~22引脚上的数据为高字节。
1.3 AD976的转换控制和时序
AD976有两种转换模式,第一种转换模式的时序如图3所示。在这一模式中,CS引脚固定为低电平,转换时序由R/ C信号的负跳变控制,该信号脉冲宽度至少应为50ns。当R/ C变为低电平并延迟t3后,BUSY信号将变为低电平直到转换完成。转换结束后,移位寄存器中的数据将被新的二进制补码数据所更新。该模式下的采样速率可由R/ C信号的负脉冲间隔来决定即图3中的t13 。
第二种转换模式的时序如图4所示。该模式通过R/ C信号来控制转换及输出数据的读出过程。在这一模式中,R/ C信号的下降沿必须比CS脉冲(脉冲宽宽40ns)至少提前10ns送到模数转换器的输入引脚,一旦这两个负脉冲到来,并延迟t3后,BUSY信号将变为低电平直到转换完成,同时将在最多8μs(100kSPS时)后将BUSY信号返回高电平,这时,转换结果在D0~D15上的数据有效。