多通道高精度模数转换器AD7718 原理与应用
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高速数模转换器AD9779/AD9788的应用卫晓娟;李军红【摘要】This article briefly introduces the features and application of two types of high-speed DACs: AD9779 and AD9788. It includes the design idea of software driver and the configuration for the internal registers. The main content is very practical because of coming from practice.%介绍了高速数模转换器AD9779和AD9788的使用方法,重点介绍了其驱动软件设计方法和内部寄存器的配置方式等。
文中内容都是实践经验,具有很强的实用性和参考价值。
【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2011(030)024【总页数】2页(P79-80)【关键词】AD9779;AD9788;数模转换器;串行外设接口;锁相环【作者】卫晓娟;李军红【作者单位】凯迈(洛阳)电子有限公司,河南洛阳471000;凯迈(洛阳)电子有限公司,河南洛阳471000【正文语种】中文【中图分类】TP21AD9779是ADI公司的一款产品,是双通道、宽动态范围数模转换器(DAC),提供 1 GS/s采样速率,允许高至奈奎斯特频率的多载波生成[1]。
AD9788提供800 MS/s的采样速率,其性能和应用方式与AD9779非常相似[2]。
AD9779和AD9788虽然不是一个系列,但芯片管脚是兼容的,在硬件电路的设计上并没有区别,两者均使用标准的SPI接口来驱动,因此软件实现上也可以采用统一的驱动方式。
但在寄存器的配置上,两者存在差异,这在后面会具体介绍。
为了描述方便,如不特殊说明,下文中使用AD97××来统一表示 AD9779和 AD9788。
常用AD芯片介绍AD芯片是指模数转换芯片(Analog-to-Digital Converter),主要用于将模拟信号转换为数字信号。
它在现代电子设备中扮演着极为重要的角色,并广泛应用于通信、医疗、工业控制、汽车电子以及消费电子等领域。
下面将介绍几种常用的AD芯片。
1.AD7780:AD7780是一款高精度、低功耗的24位模数转换器。
它具有灵活的配置选项,可用于多种测量应用,如温度、压力、力量和湿度传感器。
AD7780能够提供高达23.8位的有效分辨率,具有低噪声和低漂移性能。
该芯片还提供了多种接口选项,如SPI接口和串行接口数据格式,以满足不同系统的需要。
2.AD7671:AD7671是一款12位的高速模数转换器。
它具有高采样率和低功耗的特点,能够提供高达1MSPS的转换速率。
AD7671还具有低失真、高信噪比和快速响应等优点,适用于高速数据采集和信号处理应用。
该芯片还提供了多种输入范围和接口选项,以满足不同应用场景的需求。
3.AD7903:AD7903是一款8位的高速模数转换器。
它具有高速采样率和低功耗的特点,能够提供高达20MSPS的转换速率。
AD7903还具有低功耗和小封装等优点,适用于便携式和嵌入式应用。
该芯片还配备了内部参考电压和自校准电路,提高了转换的精度和稳定性。
4.AD7175-2:AD7175-2是一款高精度、低功耗的24位模数转换器。
它具有内置低噪声放大器和可编程增益放大器,能够适应不同信号强度的测量需求。
AD7175-2具有极低的失真和漂移性能,能够提供高达23.8位的有效分辨率。
该芯片还支持多种接口选项,如SPI接口和I²C接口,以方便与其他外围设备的连接。
5.AD7760:AD7760是一款高精度、低功耗的24位模数转换器。
它能够提供高达256kSPS的转换速率,并具有低噪声和低漂移性能。
AD7760还具有自动校准和过采样滤波器等功能,提高了转换的精度和稳定性。
adc 工作原理
ADC(模数转换器)是一种用于将模拟信号转换为数字信号
的电子设备。
它的工作原理大致可以分为以下几个步骤:
1. 采样:ADC首先根据一定的采样频率对输入的模拟信号进
行采样。
采样是将连续的模拟信号离散化,将其分为一系列离散的采样点。
2. 量化:量化是将每个采样点的幅值映射为一个离散的数字值。
ADC使用一个称为ADC参考电压的参考电压源来确定量化的范围。
在量化过程中,采样点的幅值与参考电压相比较,将其划分为不同的离散级别。
每个离散级别对应一个数字值。
3. 编码:编码是将量化后的数字值转换为二进制形式。
ADC
使用二进制编码表示量化后的数字值。
常见的编码方式包括二进制编码、格雷码编码等。
4. 输出:最后,ADC将编码后的二进制信号输出。
通常,输
出的二进制数据可以通过总线接口传输给其他数字系统进行进一步处理、存储或显示。
总结:ADC的工作原理是通过采样、量化和编码将连续的模
拟信号转换为离散的数字信号。
这个过程使得模拟信号可以被数字系统处理和分析。
数模转换器工作原理数模转换器(ADC)是一种电子设备,它可以将连续的模拟信号转换成离散的数字信号。
这种转换器在现代电子设备中被广泛应用,比如数字音频设备、数字电视、数字相机等等。
在这篇文章中,我们将深入探讨数模转换器的工作原理,了解它是如何将模拟信号转换成数字信号的。
首先,让我们来了解一下模拟信号和数字信号的概念。
模拟信号是连续变化的信号,它可以取任意的数值。
比如我们平时听到的声音、看到的图像等都是模拟信号。
而数字信号是离散的信号,它只能取有限个数值。
在计算机和数字设备中,所有的信号最终都会被转换成数字信号进行处理。
数模转换器的工作原理可以分为三个主要步骤,采样、量化和编码。
首先是采样,即将连续的模拟信号在时间上进行离散化。
这个过程是通过一个时钟信号来控制的,时钟信号会以一定的频率对模拟信号进行采样,将连续的信号转换成离散的信号。
采样的频率通常以赫兹(Hz)为单位,常见的采样频率有44.1kHz、48kHz等等。
接下来是量化,即将采样得到的离散信号转换成数字信号。
量化的过程是通过一个模数转换器(ADC)来完成的。
模数转换器会将采样得到的离散信号转换成一系列的数字代码,这些代码代表了信号的幅度。
量化的精度通常以位数来表示,比如8位、16位、24位等等,位数越多,表示精度越高,能够更准确地表示原始信号的幅度。
最后是编码,即将量化得到的数字代码转换成二进制形式。
这个过程通常是通过一个编码器来完成的,编码器会将数字代码转换成二进制形式,以便于数字设备进行处理和存储。
总的来说,数模转换器的工作原理可以简单概括为将连续的模拟信号经过采样、量化和编码三个步骤转换成离散的数字信号。
这种转换过程是通过时钟信号、模数转换器和编码器来完成的。
数模转换器的性能取决于采样频率、量化精度和编码方式,不同的应用场景需要选择合适的数模转换器来满足其要求。
在实际应用中,数模转换器的性能对于信号的质量和精度有着重要的影响。
因此,在设计数字设备和电子系统时,需要根据具体的应用需求选择合适的数模转换器,以确保信号的准确性和稳定性。
模数转换器工作原理、类型及主要技术指标模数转换器(Analog to Digital Converter,简称A/D转换器,或ADC),通常是将模拟信号转变为数字信号。
作为模拟电路中重要的元器件,本文将会介绍模数转换器的原理、分类及技术指标等基础知识。
ADC的发展随着电子技术的迅速发展以及计算机在自动检测和自动控制系统中的广泛应用,利用数字系统处理模拟信号的情况变得更加普遍。
数字电子计算机所处理和传送的都是不连续的数字信号,而实际中遇到的大都是连续变化的模拟量,模拟量经传感器转换成电信号的模拟量后,需经模/数转换变成数字信号才可输入到数字系统中进行处理和控制,因而作为把模拟电量转换成数字量输出的接口电路-A/D转换器是现实世界中模拟信号向数字信号的桥梁,是电子技术发展的关键和瓶所在。
自电子管A/D转换器面世以来,经历了分立半导体、集成电路数据转换器的发展历程。
在集成技术中,又发展了模块、混合和单片机集成数据转换器技术。
在这一历程中,工艺制作技术都得到了很大改进。
单片集成电路的工艺技术主要有双极工艺、CMOS工艺以及双极和CMOS相结合的BiCMOS工艺。
模块、混合和单片集成转换器齐头发展,互相发挥优势,互相弥补不足,开发了适用不同应用要求的A/D和D/A转换器。
近年来转换器产品已达数千种。
ADC原理D/A转换器是将输入的二进制数字量转换成模拟量,以电压或电流的形式输出。
模数转换一般要经过采样、保持和量化、编码这几个步骤。
ADC的主要类型目前有多种类型的ADC,有传统的并行、逐次逼近型、积分型ADC,也有近年来新发展起来的∑-Δ型和流水线型ADC,多种类型的ADC各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。
低功耗、高速、高分辨率是新型的ADC的发展方向,同时ADC的这一发展方向将适应现代数字电子技术的发展。
并行比较ADC并行比较ADC是现今速度最快的模/数转换器,采样速率在1GSPS以上,通常称为“闪烁式”ADC。
18位高精度模数转换器FS511的原理和应用
郝迎吉;樊润丽;刘义刚
【期刊名称】《国外电子元器件》
【年(卷),期】2008(000)003
【摘要】介绍模数转换器FS511的主要性能参数、工作原理和引脚功能,给出了FS511的应用电路.FS511具有转换精度高,功耗低的特点.
【总页数】3页(P48-50)
【作者】郝迎吉;樊润丽;刘义刚
【作者单位】西安科技大学,陕西,西安,710054;西安科技大学,陕西,西安,710054;西安科技大学,陕西,西安,710054
【正文语种】中文
【中图分类】TP335
【相关文献】
1.24位高精度模数转换器ADS1258的原理及应用 [J], 金永杰;龙平;熊剑平
2.高精度模数转换器AD7671的原理及应用 [J], 樊凡;张鹏
3.高精度模数转换器ADS1256的原理和应用 [J], 孙沁梅;卢益民
4.多通道高精度模数转换器AD7718原理与应用 [J], 陈铖;武安河
5.高精度24位模数转换器AD7176-2的原理及应用 [J], 晁元德
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1多通道高精度模数转换器AD7718原理与应用 解放军信息工程大学信息工程学院六系(450002) 陈铖 武安河 摘要:本文从外部引脚和内部可编程寄存器两方面讲解了多通道高精度模数转换器AD7718,并通过一个24bits分辨率的数据采集电路介绍了AD7718的应用。 关键词:模数转换器 AD7718 数据采集 The Principle And Application Of 10-Channel 24-Bit Resolution Σ-Δ ADCs AD7718 Institute of Information Engineering, Information Engineering University of PLA, Zhengzhou 450002,China
Chen Cheng, Wu AnHe
Abstract: The AD7718 is a 10-channel 24-bit resolution Σ-Δ Analog To Digital Converter. This paper presents firstly its pin and consist, and then designs a data acquisition scheme. Key Words: ADC, AD7718, Data Acquisition
1 概述 在低频测量应用中,AD7718是一个单电源供电(+3V或+5V)的完整前端。其内部结构如图1所示。从图中可以看出片内有一个带PGA(Programmable Gain Amplifier,可编程增益放大器)的Σ-Δ型ADC(Analog to Digital Converter,模数转换器)。ADC的分辨率为24 bits ,PGA的范围为20~27,8档可编程。所以,AD7718能直接转换范围在20mV~2.56V之间的输入信号而无须信号调理
电路。AD7718片内还有一个多路开关MUX,可以将模拟输入配置成4或5通道差分输入,也可以配置成8或10通道伪差分输入。AD7718需要外接32KHZ晶体,片内PLL通过它产生所需要的工作时钟。
图1 AD7718的内部功能框图 2
2 外部引脚 AD7718的外部引脚有28个(参见图1)。按性质主要分为模拟、数字两个部分。模拟部分引脚有模拟输入、参考电压输入和模拟电源三类。配置成伪差分输入时最多有10个通道, 模拟信号分别从AIN1~AIN10输入,共同参考AINCOM引脚;配置成差分输入时最多有5个通道,AIN1~AIN10中相邻2个输入分别是差分对的同相输入端和反相输入端。参考电压一般为REFIN1(+)与REFIN1(-)的差。当AD7718配置成8通道时,参考电压还可选REFIN2(+)-REFIN2(-)。因为这2个引脚与模拟输入引脚AIN9和AIN10复用。 数字部分引脚有SPI接口、数据就绪、通用I/O口和数字电源四类。SPI接口的4根标准信号线
分别是片选信号CS、串行时钟输入SCLK、串行数据输入DIN和串行数据输出DOUT。当AD7718
接在SPI总线上时是从器件,从引脚CS输入低电平信号使能AD7718。数据就绪RDY是一个低电
平有效的输出引脚。当所选通道数据寄存器中有有效数据时,输出低电平信号;数据被读出后,输出高电平。AD7718的通用I/O口是2个一位口P1和P2。它们既可配置成输入也可配置成输出,单片机通过SPI口读写AD7718片内相关寄存器实现对P1和P2的操作。它们扩展了单片机的I/O接口能力。 AD7718的模拟电源和数字电源是分别供电的,都既可以采用+3V供电,也可以采用+5V供电。但必须一致,要么都用+3V,要么都用+5V。 3片内寄存器 芯片内部寄存器是用户可以使用的资源,通过对这些寄存器的操作实现对器件的配置和控制。AD7718片内有很多寄存器,用户可以使用的寄存器有9组,如表1所示。 表1 AD7718片内寄存器 地址 名称 符号 长度R/W 缺省值 0000 通信寄存器,Communication Register CR 8 W 00H 0000 状态寄存器,Status Register SR 8 R 00H 0001 模式寄存器,MODE Register MR 8 R/W 00H 0010 控制寄存器,ADC Control Register ADCCON 8 R/W 07H 0011 滤波寄存器,Filter Register FR (SF) 8 R/W 45H 0100 数据寄存器,ADC Data Register DATA 24 R 000000H 0101 失调寄存器,ADC Offset Register OF0~4 24 R/W 800000H 0110 增益寄存器,ADC Gain Register GN0~4 24 R/W 5xxxx5H 0111 I/O控制寄存器,I/O Control Register IOCON 8 R/W 00H 3
所有与AD7718的通信都必须先从写通信寄存器开始,写入的数据决定下一次操作是读还是写,以及读写的是哪一个寄存器。芯片上电或复位后,AD7718等待着写通信寄存器。 状态寄存器SR是一个8位寄存器(SR7~SR0),但只有4位有意义。其中SR7(RDY)是数据
就绪状态位,与引脚RDY意义相同,但编码互补。状态RDY =1,表示转换数据已传送到数据寄存器中或校准周期完成;当转换数据被读取后自动清0。当向模式寄存器中写入数据选择转换或校准时,该位也被清0。 模式寄存器MR用于设置AD7718的工作方式、参考电压、通道配置和模数转换方式等。当MR7
(CHOP)=0,AD7718工作在斩波(chopping)方式,此时AD7718各种性能最佳,但转换速度
较慢。当MR6(NEGBUF)=1,AINCOM缓冲输入。此位仅在单端方式时有意义。当MR5(REFSEL)REFSEL =0,参考电压VREF=REFIN1(+)-REFIN1(-);REFSEL =1,VREF=REFIN2(+)-REFIN2(-)。当MR4(CHCON)=0,AD7718配置成8通道(8个单端或4对差分),此时可以选择两种参考电压之一;CHCON =1,AD7718配置成10通道,此时参考电压只能选择REFIN1(+)-REFIN1(-)。当MR3(OSCPD)=1,若ADC进入备用模式(standby mode)时将使振荡器停振,这样可以减少功耗。重新恢复时需要300ms的时间。MR2~MR0(MD2~MD0)是ADC模式选择位。用3位组合选择表明AD7718有8种工作模式:掉电、空闲、单次转换、连续转换、零点校正、满幅校正等。 控制寄存器ADCCON用于配置输入通道、输入范围和转换极性。在选择通道的同时还动态配置输入为差分或伪差分。 滤波器寄存器FR是一个8位寄存器,用于存放8 bits滤波器抽取因子SF。其取值与转换速率有如下关系:当CHOP=0,327688131×××=SFfADC,SF=13~255;CHOP=1,
3276881××=SF
f
ADC,SF=3~255。
I/O控制寄存器IOCON实现对2个通用一位I/O口P1和P2的操作。 ADC数据结果寄存器DATA是一个字长24 bits的寄存器,存放所选通道的24 bits转换结果。单极性模式时,转换结果的编码为:224024.1×××VREFGAINAIN;双极性模式时,转换结果的编码为:223)1024.1(×+
××VREF
GAINAIN。式中,AIN为模拟输入电压,GAIN为增益,VREF为参考电压。
4 应用实例 4.1 数据采集电路 AD7718的应用比较简单,模拟输入可直接与传感器相连,数字接口(标准的SPI接口)直接与单片机相连。图2是一个5对差分输入24bits分辨率的数据采集电路。从图中可以看出:AD7718 4
的模拟输入前只设计了一个简单的滤波电路(图中只画了一个差分通道的滤波电路),输入范围可以根据信号实际情况设置片内PGA的放大倍数来确定。AD7718的SPI口直接接在单片机的SPI口上。
如所选的单片机没有SPI接口,可用普通I/O口模拟。AD7718的片选信号CS是输入信号,接在单片机的一个普通I/O口上(通常是接译码电路输出)。AD7718的数据就绪RDY则作为中断信号接
到单片机的中断输入引脚上,当然也可接在普通I/O口上而采用查询方式。
IN2TEMP3GND4TRIM5OUT6SEL8NC7NC1U3AD780ANAIN17AIN28AIN39AIN410AIN511AIN615AIN71AIN82AIN9/REF2+13AIN10/REF2-14AINCOM12REF1+6REF1-5AGND4AVDD3XTAL128XTAL227DVDD26DGND25-CS21-RDY22SCLK20DIN24DOUT23-RESET19P118P216AGND17U4AD7718SCLKMOUTMINADC_INT1C38220nADRSTREF25C37220nC391uA+5C12104A+5C50102D+5Y132.768KHZC4220pC4320pR127KR227KC29105C7104C30105C6104C1103C10104CH1+CH1-C511uC521u
C4122u
ADC_CS1
C49102
图2 数据采集电路 4.2 初始化编程 AD7718在上电复位后应进行工作模式、输入范围等初始化设置,其一般步骤如图3所示。初始化后就可选择通道、启动转换、用中断或查询方式读取转换结果。