24位高精度模數轉換器ADSl258的原理應用
1 概述
2 ADSl258主要特點及引腳功能
2.1 主要特點
△一∑ADC,24位轉換精度,定通道采樣速率為125 Ks/s(可編程),自動通道檢測通道采樣速率為23.7 Ks/s(可編程);
模擬輸入多路復用器可配置成8路差分輸入或16路單極輸入。多路復用器的輸出可通過外部獲得,這就能在ADC輸入之前采用共享的信號調節(jié)通道;
0.5μV/℃的失調漂移、最大0.001 0%的滿量程整數非線性誤差;
工作電壓范圍為2.7~5.25 V;
內部帶有針對低噪聲性能進行了專門優(yōu)化的5階正弦數字濾波器;
帶有串行外設接口(SPI);
2.2 引腳功能
ADSl258采用QFN一48小型封裝,各引腳功能定義如下:
AINO~AINl5:模擬信號輸入端;
GPl00~GPl07:GPIO信號輸入/輸出端;
CLKSEL:時鐘信號選擇輸入端;
SCLK:SPI接口時鐘輸入端;
DIN:SPI接口數據輸入端;
DOUT:SPI接口數據輸出端;
DRDY:數據準備好輸出端;
START:數據開始轉換信號輸入端;
CS:SPI接口片選端;
VREFN:參考電壓輸入端(+);
VREFP:參考電壓輸入端(一);
ADCINN:模擬差分輸入端(一);
ADCINP:模擬差分輸入端(+);
MUXOUTN:多路復用器差分輸出端(一);
MUXOUTP:多路復用器差分輸出端(+);
DVDD:數字電源,2.7~5.25 V;
RESET:復位端。[next]
2.3 結構原理
圖l為ADSl258的內部結構框圖。ADSl258主要由模擬多路開關(MUX)、可共享的信號調理通道、4階△一∑ADC、5階正弦數字濾波器、SPI接口、GPIO接口、時鐘發(fā)生器、控制器等組成。模擬信號從AINO~AINl5引腳輸入,通過多路模擬開關可將其配置成8路差動輸入或16路單極輸入,通過共用的信號調理通道,輸入到4階△一∑ADC實現24位A/D轉換,通過數字濾波器,最終以SPI接口的形式輸出數字信號。在使用外部可共享的信號調理通道時,根據實際情況,可關閉所使用的調理通道,只需將寄存器CONFIGO的第4位(BYPAS)置0即可關閉外部調理通道,直接在ADSl258內部實現連接。但是,在大多數使用條件下,為獲得更高的A/D轉換精度,建議使用外部信號調理通道。
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2.4 主要寄存器
ADSl258工作過程的建立主要通過設置其獨立寄存器來實現的。這些寄存器包括出廠時所有需要設置的信息,如采樣模式、外部信號調理通道開關、時鐘模式的選擇、模擬輸入是單極輸入還是差分輸入等等。表l給出了ADSl258的主要寄存器。其中CONFIG0和CONFIGl為狀態(tài)寄存器,MUXSCH為多路固定通道選擇寄存器,MUXDIF為多路模擬差分輸入配置寄存器,MUXSG0和MUXSGl為模擬單極輸入通道選擇寄存器。狀態(tài)寄存器CONFIG0的最高位由制造商設定為0,不能更改。SPIRST決定了ADSl258的SPI接口復位時間,SPIRST=l時其復位時間為4 096fclk;SPIRST=O時則為256fclk。MUXMOD是掃描模式選擇位,當MUXMOD=0時采用自動掃描模式;MUXMOD=l時采用固定模式。BYPAS位用于選擇是否采用外部信號調理通道選擇位,BYPAS=0時,內部多路復用器短接而不使用外部的信號調理通道;BYPAS=l時,輸入的模擬信號通過共用的外部信號調理通道傳輸到24位△一∑ADC轉換器。CONGIGl寄存器中的DRATE[1:0]位是A/D轉換速率選擇位,在自動掃描模式下,DRATE[1:0]=ll=23.739 Ks/s;DRATE[1:O]=10=15.123 Ks/s;DRATE[l:0]=0l=6.168 Ks/s;DRATE[l:O]=Ol=6.168 Ks/s;DRATE[1:0]=00=1.83l Ks/s。
3 典型應用
3.1 硬件設計
圖3為ADSl258的單極多通道應用電路圖。該電路為多路數據采集系統,將外部輸入的16路模擬信號通過多路模擬開關,傳輸到外部共用的信號調理通道,通過信號調理通道的信號調節(jié)作用,傳輸給24位△一∑型A/D轉換器進行模數轉換,A/D轉換結束后,將轉換結果通過專門優(yōu)化的5階正弦數字濾波器進行濾波,最后才通過SPI接口傳輸給C805lF120進行處理。
為了提高數據的采集精度,本采集系統采用MAXIM公司的具有高精度和低漂移的4.096 V電壓基準MAX6164A。同時由于輸入信號的電壓范圍為O~1 V,為了使輸入信號的范圍與電壓基準相一致,提高采集精度,在信號通過外部信號調理通道時,調整比例因子,即就是R7和R6的值,使輸入信號放大4倍,量程為0~4 V,其電壓增益AV=1+(2R7/R6),只要選擇合適的R7和R6,使AV=4即可滿足要求。同時為了提高A/D轉換精度,選用R6和R7時盡可能選擇高精度的精密電阻。
3.2 軟件設計
在配置A/D轉換速率時,在滿足系統條件下,盡量選擇轉換速率比較低的工作模式,這樣可以提高轉換精度;
4 結語
ADSl258具有轉換速率快、高精度、低功耗、接口簡單等優(yōu)點,非常適合多通道高精度數據采集領域的使用。目前,基于ADSl258的數據采集處理系統已經在某導航系統中使用,并且取得了很好效果。
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