AD7794.doc

低功耗24位模数转换器AD7794一、 概述ADI公司生产的AD7794具有功耗低和完全模拟输入终端，可用在低频信号的测量中。它克服了同类产品为低噪声牺牲低功耗，或者为低功耗牺牲低噪声的局限性，能够同时提供低噪声和低功耗。该系列ADC采用2.7V 5.25 V单电源供电，其功耗电流仅400 A。同时噪声只有40 nVrms，从而使其适合要求低功耗和高精度测量的应用。它集成了六个差分传感通道的24位ADC，使其非常适合要求较多通道的应用。片上还有低噪声的仪用放大器，这意味着幅度比较小的信号可以直接输入到ADC。片上还集成了精密的低噪声、低漂移的内部参考电源用于测量绝对量。如果要测量相对的量，可以加一个外部的参考。另外，片上还集成了增益可调的激励电流源和用于温度测量的偏置电压发生器。在压力测量和电子秤应用中，该系列ADC提供一个低功耗开关，用于切断转换之间的电桥以使系统功耗最小。该芯片可以使用内部时钟，如果同步运行多个芯片时还可以使用外部时钟。输出数据的速度是可以通过编程来调节的，可以在4Hz到500Hz之间变化，在16.6 Hz条件下它们能够提供同步抑制50 Hz和60 Hz干扰信号的功能。AD7794主要具有以下一些特性：l 6个模拟输入通道l 低噪声可编程增益放大器l 电源电压2.7V 5.25 Vl 工作时的电流仅为400 Al 掉电模式的电流为0.1Al 更新速率4Hz到500Hzl 同步抑制50 Hz和60 Hzl 内部时钟晶振l 片内参考电源l 可编程电流源（10A、200A 或1mA）l 片上偏置电压发生器l 100nA的耗尽电流l 低功耗开关l AVDD和DVDD独立l 24脚TSSOP封装l 三线串行传输l 与SPI、QSPI、MICROWIRE及DSP兼容l SCLK为施密特触发使用AD7794时还应注意它的一些极限参数，下面在表1中给出一些AD7794对工作电压和温度等条件的极限范围，在使用AD7794时一定要让其在规定的条件下工作，如果超出这些极限条件就有可能会造成芯片永久性的损坏。另外如果器件长时间工作在极限条件也会使它工作不正常。在使用中还要考虑静电对它的影响。在测试设备和人体上可能有高达4000V的静电电压。尽管这个产品上有静电保护电路，但较大的静电电流仍可能会对它造成永久性的损坏。因此，在使用的时候应该有适当的静电保护措施避免它的性能受到损坏。表1 AD7794的极限工作条件参数名范围AVDD到GND-0.3V到+7VDVDD到GND-0.3V到+7V模拟输入电压到GND-0.3V到AVDD+0.3V输入参考电压到GND-0.3V到AVDD+0.3V数字输入电压到GND-0.3V到AVDD+0.3V输出数字电压到GND-0.3V到AVDD+0.3VAIN/数字输入电流10mA工作温度范围-40C到+105C保存温度范围-65C到+150C最大连接温度+150C二、 引脚排列及各引脚的功能AD7794有24个引脚，图1给出了它的引脚排列图，表2对它的各引脚的功能做了详细的介绍。图1 AD7794的引脚排列图表2 AD7794的各个引脚的功能说明引脚顺序号引脚名称功 能 说 明1SLK为数据从ADC输出和输入到ADC提供的串行时钟输入口。SCLK有一个施密特触发输入，所以可以用于光隔离中。串行时钟既可以是连续的允许数据以连续脉冲形式转换，也可以不连续的，使信息从ADC分批输入或输出。2CLK时钟输入/输出口。可以在这个引脚使能内部时钟。另外也可以关闭内部时钟用外部时钟驱动ADC这使得多个ADC用一个共同的时钟驱动，实现同步转换。3片选端口。当这个脚为低电平时该芯片被选中。当系统的总线上不只有ADC一个芯片时，可以用它来选择ADC。这个引脚可以通过硬件连接到低电平，这样ADC可以工作在SCLK、DIN、DOUT三线模式。4NC无连接5AIN6(+)/P1模拟输入或数字输出端口。它是模拟双极输入对AIN6(+)/AIN6(-)的正输入端。另外这个引脚还可以作为普通的输出用，输出范围为AVDD到 GND之间。6AIN6（-）/P2模拟输入或数字输出端口。它是模拟双极输入对AIN6(+)/AIN6(-)的负输入端。另外这个引脚还可以作为普通的输出用，输出范围为AVDD到 GND之间。7AIN1(+)模拟输入口。它是模拟双极输入对AIN1(+)/AIN1(-)的正输入端。8AIN1(-)模拟输入口。它是模拟双极输入对AIN1(+)/AIN1(-)的负输入端。9AIN2(+)模拟输入口。它是模拟双极输入对AIN2(+)/AIN2(-)的正输入端。10AIN2(-)模拟输入口。它是模拟双极输入对AIN2(+)/AIN2(-)的负输入端。11AIN3(+)模拟输入口。它是模拟双极输入对AIN3(+)/AIN3(-)的正输入端。12AIN3(-)模拟输入口。它是模拟双极输入对AIN1(+)/AIN1(-)的负输入端。13REFIN1(+)参考电压正输入端。外部参考电压可以加上在REFIN1(+)和REFIN1(-)之间。REFIN1(+)可以取VDD到GND-0.1V之间的任何值。名义上从到的参考电压是2.5V，但对于这个芯片可以为0.1V到AVDD之间的任何值。14REFIN1(-)参考电压负输入端，可以取GND到AVDD-0.1之间的任何值。15AIN5(+)/IOUT2模拟输入或内部激励电流源的输出。它是模拟双极输入对AIN5(+)/AIN5(-)的正输入端。另外，内部激励电流源可以通过这个引脚使能。内部激励电流源的大小是可以通过编程来控制的，它可以取10A、200A 或1mA。IEXC1或IEXC2都可以转换到这个脚输出。16AIN5(-)/IOUT1模拟输入或内部激励电流源的输出。它是模拟双极输入对AIN5(+)/AIN5(-)的负输入端。另外，内部激励电流源可以通过这个引脚使能。内部激励电流源的大小是可以通过编程来控制的，它可以取10A、200A 或1mA。IEXC1或IEXC2都可以转换到这个脚输出。17AIN4(+)/REFIN2(+)模拟输入或参考电压正的输入端。它既是模拟双极输入对AIN4(+)/AIN4(-)的正输入端。另外还可以作为参考电压的输入端。REFIN1(+)可以取AVDD到GND-0.1V之间的任何值。名义上从到的参考电压是2.5V，但对于这个芯片可以为0.1V到AVDD之间的任何值。18AIN4(-)/REFIN2(+)模拟输入或参考电压负的输入端。它既是模拟双极输入对AIN4(+)/AIN4(-)的负输入端。另外还可以作为参考电压的输入端，可以取GND到AVDD-0.1之间的任何值。19PSW低功耗开关20GND参考地端口21AVDD电源电压，从2.7V到5.25V。22DVDD串行通讯的电源电压，从2.7V到5.25V，它是独立于电源电压AVDD的。因此，可以在AVDD为5V时DVDD为3V。23输出串行数据或数据准备好的状态。这个口有双重的功能。它可以作为串行数据输出口访问ADC的输出移位寄存器。另外它也可以作为数据准备好的标志，当为低电平时表示转换完毕。如果转换完的数据没有被读走，这个脚将在下一次更新之前始终为高电平。当这个脚处于下降沿时可以用做中断或处理器，表明数据有效。使用外部串行时钟时，可以在这个脚读取数据。当片选信号为低电平时，数据或控制信号在SCLK的下降沿送到这个脚，在SCLK的上升沿有效。一次转换的结束也是靠状态寄存器的位来标志的。当片选信号为高电平时，这个脚是三态的，但位是起作用的。24DIN将输入的串行数据送到ADC上的输入移位寄存器的端口。移位寄存器中的数据被转移到ADC上的控制寄存器中控制寄存器的寄存器选择位来确定合适的寄存器。三、AD7794的结构及工作原理AD7794系列ADC包括一个高性能 ADC，低噪声仪用可编程增益放大器（PGA）、多路复用器、电流源、时钟、校准寄存器、串行外围接口（SPI）和一个精密的低噪声、低漂移基准电压源，图2为它的内部功能结构图。图2 AD7794的功能模块AD7794是通过一系列的片上寄存器来控制和配置ADC。下面就介绍一下这些寄存器。在以下的介绍中如果没有特殊的说明，置位就代表高电平状态，清零代表低电平状态。控制寄存器是一个8位的只能用于写的寄存器。所有和AD7794联系的操作都必须先给这个控制寄存器写入相应的值。写入控制寄存器的值决定下一个操作是读还是写，并且指出这个值是对哪个寄存器的操作。对于读或写操作当最后一个读或写操作送到选定的寄存器后，系统将给控制寄存器写入一个固定的值，这就是它的默认值。上电复位后ADC就是这个默认值等待为控制寄存器写入值。当系统时序乱了时，给DIN一个超过32个串行时钟的高电平可以通过使整个芯片复位来使ADC回到默认状态。表3给出了控制寄存器各位的意义及默认状态。CR代表控制寄存器。表3 控制寄存器各位的含义及默认值位地址及默认值位名含义CR7（0）写允许位。为了使写入控制寄存器的值起作用这位必须为0。如果这位为1的话，系统时钟将停止对后面各位的操作，而且它将保持这种状态直到这位有0写入。当这位写入0后，其它7位才会加载到控制寄存器。CR6（0）当这位为0时表示下一步将对指定的寄存器进行写操作，当为1时表示下一步将对指定的寄存器进行读操作。CR5-CR3（000）RS2-RS0寄存器地址控制位。这三个地址位用来选中ADC的寄存器。具体的位编码和所选寄存器的对应关系在表4中给出。CR2（0）CREAD连续从数据寄存器往出读数。当这位为1时并且数据寄存器处于选中状态将形成串行传输模式，数据不停的被读出。当SCLK给入时钟脉冲时数据寄存器的内容将自动的传到DOUT脚上。并不用为读数设置控制寄存器。要是使能连续读模式，必须给控制寄存器写入01011100。推出连续读模式时必须在为低时给控制寄存器写入01011000。当处在连续读模式时，ADC的监视器活跃在DIN线上确保可以接受到推出连续读的请求。另外，如果在DIN脚上连续接受到32个高电平芯片将自动复位。在连续读模式时在控制命令写入芯片之前DIN应该一直为高。CR1-CR0（00）0为了工作正常这两位必须为0。表4：寄存器选择与控制位的对应关系RS2RS1RS0选择的寄存器寄存器大小000写时为控制寄存器8位000读时为状态寄存器8位001模式寄存器16位010结构寄存器16位011数据寄存器24位100序列码寄存器8位101I/O口寄存器8位110偏置寄存器24位111满量程寄存器24位状态寄存器8位的只读寄存器用于给出ADC的工作状态方式寄存器是16位的读写均可的寄存器，用于选择工作方式、更新速度和时钟源。结构寄存器是16位的读写均可的寄存器。这个寄存器用来确定ADC是双极还是单极输入，使能或禁止缓冲器，使能或禁止传感器损毁检测电流，选择增益和模拟输入通道。数据寄存器，ADC的转换结果存在这个寄存器中。这是一个只读寄存器。当从这个寄存器进行完一个读操作时，位和引脚置1。序列码寄存器，AD7794的序列码存在这个寄存器中，它是只读的。I/O寄存器是一个8位的读写都可以的寄存器。这个寄存器用来使能激励电流源，选择激励电流源的大小。偏置寄存器存放ADC偏置系数。上电复位后内部0级校准系数寄存器的值为800000h。AD7794有四个偏置寄存器，1到3通道有专用的偏置寄存器，4到6通道共用一个偏置寄存器。每个寄存器都是24位读写均可的这个寄存器与它相关的全范围寄存器成对使用。如果用户初始化内部或系统0级校准参数，上电复位值将被重新写入。必须在掉电或空闲模式时才可以写入偏置寄存器。满量程寄存器是一个24位的寄存器，存储ADC的全范围刻度参数。AD7794有4个满量程寄存器。1到3通道有专用的满量程寄存器，4到6通道共用一个寄存器。满量程寄存器是读写均可的。然而写入时必须为ADC的掉电或空闲状态。这个寄存器出厂时设定了一个内部满量程校准系数，出厂系数对应的增益为1并是使用的内部参考。因此，每个器件会有不同的默认值，在使用内部参考增益为1时将使用这个默认值。当增益为其它值或增益为1但使用外部参考时，用户对内部或系统满量程参数初始化后的值将替换默认值。当增益改变时应改变满量程系数。四、应用设计传统的精密数据转换器解决方案不能兼备低噪声和低功耗特性，不得不牺牲两者之一，然而AD7794具有兼备低噪声（40 nVrms）和低功耗（400 A）的优点，同时能以更小的封装提供