高模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7671的原理及應用

西安電子科技大學通信工程學院 樊凡 張鵬

概述

AD7671是采樣速率達1MSPS的16位逐次逼近型高速高數(shù)模轉(zhuǎn)換器，采用5V單電源供電，并能提供單極性和雙極性兩種輸入方式，可適用各種不同的輸入范圍。它還提供校準與誤差校正電路、內(nèi)部時鐘、8位或16位并行口和一個串行口。AD7671能夠達到16位分辨率，而且無失碼，積分非線性誤差(INL)僅為±2.5LSB，能夠滿足各種高應用的要求。

AD7671能夠工作在三種不同的方式下，以提供不同的采樣速率。包括采樣速率達1MSPS 的“Warp”工作方式(兩次轉(zhuǎn)換之間的時間不能超過1ms)，適合于要求高速采樣的應用場合；采樣速率為800KSPS的“Normal”工作方式(對兩次轉(zhuǎn)換之間的時間沒有任何限制)，適合異步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；采樣速率為666KSPS的“Impluse”工作方式，功耗隨數(shù)據(jù)吞吐量變化，適合低功耗、電池供電系統(tǒng)。

AD7671的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

---圖1是AD7671的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，由圖中可知該芯片主要有三部分構(gòu)成：數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、邏輯控制電路和接口電路。其中數(shù)模轉(zhuǎn)換電路主要由一個16位高逐次逼近型ADC組成；邏輯控制電路包括內(nèi)部時鐘、轉(zhuǎn)換控制邏輯和硬件校準電路，主要用于控制芯片的工作方式；串行接口和高速并行接口組成了芯片的接口電路，提供了對芯片的各種控制信號。

操作時序與應用電路

圖2為AD7671采用并行數(shù)據(jù)輸出模式時的時序圖。通常情況下，AD7671有兩種數(shù)據(jù)讀取方式。一種是在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程完成后，讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)；另一種是在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程中，讀取上轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)。圖中的時序圖描述了后一種情況，即主控制器發(fā)出CNVST信號后，檢測BUSY信號。當BUSY信號置為高電平時，讀取由上一個轉(zhuǎn)換過程所轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。

接口的電壓為3.3V，所以將3.3V數(shù)字電壓輸入到OVDD管腳，這樣AD7671的數(shù)據(jù)接口電壓就可以和DSP的數(shù)據(jù)接口相兼容。用戶在使用中，如果需要5V的接口電壓，只要簡單地將OVDD的輸入電壓配置成5V即可。ADR421為AD7671提供了+2.5V的基準電壓。AD7671的模擬輸入端采用了由低噪聲系數(shù)的激勵放大器AD8021構(gòu)成的驅(qū)動電路來驅(qū)動AD7671。圖中AD7671和DSP之間的邏輯電路是由CPLD所實現(xiàn)的，在這里其用邏輯符號表示。

調(diào)試程序

由圖3可知，TMS320VC5402將XF管腳置為低電平來片選AD7671，并且通過使地址線高兩位A15和A14置為高電平、IOSTRB置為低電平使能CNVST和RD信號，當AD7671將BUSY管腳置為高電平時，TMS320VC5402通過檢測到其BIO管腳即可采集數(shù)據(jù)。下面給出了AD7671的采樣調(diào)試程序。
main:
stm #2100h,ar1；將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的首地址放入AR1
ld #1000h,a；設(shè)置采樣點的個數(shù)
nop
rsbx xf；將XF管腳置為低電平，用來片選AD7671
nop；適當?shù)难舆t
nop
herec: nop
nop
xc 2,bio；檢測BIO管腳，當AD7671將BIO管腳置為高電平時，
b hered；跳轉(zhuǎn)至hered保存采集到的數(shù)據(jù)
nop
bc herec,aneq；檢測1000h個數(shù)據(jù)是否采集完成
hend: b $
hered: portr #0c000h,*ar1+；保存AD7671發(fā)送過來的數(shù)據(jù)
sub #1h,a；將寄存器A中的數(shù)減一
rpt #4；適當?shù)难舆t
nop
b herec

結(jié)束語

AD7671的能夠滿足各種高速高應用的需求，還提供了兩種接口電壓可調(diào)的數(shù)據(jù)接口，大大提高了系統(tǒng)設(shè)計的靈活性，所具有的多種工作方式可滿足不同應用的需求。應用AD7671設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可在實際環(huán)境中穩(wěn)定運行，并且達到了設(shè)計要求。