新型8通道24位模数转换器ADS1216及其应用

    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