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新型8通道24位模数转换器ADS1216及其应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了8通道24位Δ-∑型模拟/数字转换器ADS1216的特点、结构及原理,并以ADS1216用于海洋光学浮标光学幅照度仪为例,给出了它和C8051F020之间的接口电路和程序流程图,最后给出了ADS1216的一些使用要点及设计经验。

    关键词:ADS1216;SPI;Δ-∑;光学浮标

1 ADS1216概述

ADS1216是Burr-Brown产品线中的一款新型、高精度、宽动态范围、Δ-∑型8通道24位ADC。它通过SPI接口与外界进行信息交换,具有22位有效分辨率,工作电压范围为2.7V~5.25V。该器件可以通过选择内部缓冲来提高阻抗,并可提供全量程电压50%的偏移校正,此外,ADS1216还具有内外两种参考电压供给方式。

图1

    ADS1216主要应用于工业过程控制、液态/气态色谱仪、血液分析、智能变送器、便携式仪器、压力传感器以及其它一些要求高精度、低功耗的测量仪器中。ADS1216的主要特点如下:

●低非线性度:0.0015%;

●采用单周期转换模式;

●功耗小于1mW;

●可配置为8路差分输入;

●具有可编程增益放大器,G=1时,可提供22位有效分辨率; G= 128时,可提供19位有效分辨率;

●带有SPI通讯接口;

●数据输出速率在10Hz~1kHz内可编程;

●具有芯片自校准功能。

图2


2 ADS1216的结构原理及寄存器功能

2.1 ADS1216的内部结构及工作原理

图1所示为ADS1216的内部结构和外部主要引脚。ADS1216内部主要由模拟多路开关(MUX)、输入缓冲器(BUF)、可编程增益放大器(PGA)、二阶Δ-∑调制器、可编程数字滤波器、微控制器、16个状态/控制寄存器、128字节RAM、串行SPI接口、两个8位DAC、内部参考电压产生器以及时钟发生器等组成。其中,输入多路选择器(MUX)主要用来提供八路模拟输入差分组合。当模拟输入的通道1被选择为正差分输入通道时,其余的通道则可被选作负的差分输入端。这样,其共地端引脚AINCOM就可以非常方便地实现八通道差分输入。ADS1216内部还有一个二极管温度传感器,它是否工作可通过对内部MUX寄存器的配置来选择。

输入缓冲器(BUF)用于在信号通路中隔离开关电容器阵列与外部电路。在没有输入缓冲器时,ADS1216的输入阻抗为5MΩ,当使用ADS1216内部缓冲器时,其输入电压的波动减小,输入电流增大。其内部输入缓冲器是通过BUFFER引脚和内部ACR寄存器的BUFFER位共同控制的。

ADS1216内部的可编程增益放大器(PGA)的放大倍数可以通过ACR寄存器设定为1到128,增益步长为2。

ADS1216内部的调节器是一个二阶Δ-∑系统。调节器以fMOD的频率工作,fMOD时钟频率来自外部时钟fOSC。频率的分割来自设置寄存器(SETUP)的SPEED位。设计时,通过SPEED位为1或0可以将fMOD的频率设置为fOSC/256或fOSC/128。

通过数字滤波器可提高ADC的转换精度和分辨率。数字滤波有一定的建立时间。ADS1216内部可以分为快速建立、sinc2或sinc3三种滤波方式。快速方式建立时间最短,但滤波精度也最低,而sinc3的建立时间最长,但滤波精度最高。

ADS1216提供有两种参考电压供给方式,上电默认参考电压是内部2.5V。参考电压的选择可通过SETUP寄存器的设置来完成。内部参考电压可选择1.25V或2.5V。参考电压输出端应该有一个0.1μF的电容接地。外部参考电压是差动输入,输入范围为0~2.5V。通过ADS1216的VRCAP引脚可为内部参考电压提供一个旁路电容以滤除内部参考电压的噪声,当使用外部参考电压时,该脚可以不连。

图3

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