發表於 2017-10-23 11:24:13
AD7705是 AD公司推出的16位Σ-ΔA/D轉換器。器件包括由緩衝器和增益可編程放大器（PGA）組成的前端模擬調節電路，Σ-Δ調製器，可編程數字濾波器等部件。能直接將傳感器測量到的多路微小信號進行A/D轉換。這種器件還具有高解析度、寬動態範圍、自校準、優良的抗噪聲性能以及低電壓低功耗等特點，非常適合儀表測量、工業控制等領域的應用。它採用三線串行接口，有兩個全差分輸入通道，能達到0.003%非線性的16位無誤碼數據輸出，其增益和數據輸出更新率均可編程設定，還可選擇輸入模擬緩衝器，以及自校準和系統校準方式。工作電壓3 V或5 V。3 V電壓時，最大功耗為1 mW，等待模式下電源電流僅為8 μA。
AD7705是完整的16位A/D轉換器。內部結構如圖1。若外接晶體振蕩器、精密基準源和少量去耦電容，即可連續進行A/D轉換。它採用了成本較低但能獲得極高解析度的Σ-Δ轉換技術，可以獲得16位無誤碼數據輸出。這一點非常符合對解析度要求較高
但對轉換數字要求不高的應用，例如數字音頻產品和智能儀器儀表產品等。下面對該器件幾個重要部分和特性作簡要說明。
增益可編程放大器AD7705包括兩個全差分模擬輸入通道。片內的增益可編程放大器PGA可選擇1、2、4、8、16、32、64、128八種增益之一，能將不同擺幅範圍的各類輸入信號放大到接近A/D轉換器的滿標度電壓再進行A/D轉換，這樣有利於提高轉換質量。當電源電壓為5 V，基準電壓為2.5 V時，器件可直接接受從0～20 mV至0～2.5 V擺幅範圍的單極性信號和從0～±20 mV至0～±2.5 V範圍的雙極性信號。必須指出：這裡的負極性電壓是相對AIN（－）引腳而言的，這兩個引腳應偏置到恰當的正電位上。在器件的任何引腳施加相對於GND為負電壓的信號是不允許的。輸入的模擬信號被A/D轉換器連續採樣，採樣頻率fS由主時鐘頻率fCLK和選定的增益決定。增益（16～128）是通過多重採樣並利用基準電容與輸入電容的比值共同得到的。
AD7705內部結構圖
數字濾波和輸出更新速率模擬信號由Σ-Δ調製器變換為佔空比被模擬電壓調製（調寬）的數字脈衝串，然後在片內使用低通數字濾波器將其解釋成16位二進位數碼並濾去噪聲，以完成A/D轉換。AD7705採用一個（sinNx/sinx）3函數低通數字濾波器，其振幅頻率特性如下：
式中：N為調製速率與輸出更新速率之比。 需要指出器件產生的噪聲源主要來自半導體噪聲和量化噪聲，PGA放大量和濾波器第一凹口頻率越低，則輸出的半導體噪聲和量化噪聲越小，A/D轉換器的實際解析度越高。
校準和自校準為提高A/D轉換質量，AD7705提供自校準和系統校準兩種功能選擇。每當環境溫度和工作電壓發生變化，或者器件的工作狀態改變如輸入通道切換、增益或數字濾波器第一凹口頻率變動、信號輸入範圍變化等任一項發生時，必須進行一次校準。對於自校準方式，校準過程在器件內部一次完成。AD7705內部設置AIN（+）端和AIN（－）端為相同的偏置電壓，以校準零標度；滿標度校準是在一內部產生的VREF電壓和選定的增益條件下進行的。系統校準則是對整個系統增益誤差和偏移誤差，包括器件內部誤差進行校準。在選定的增益下，先後在外部給AIN（+）端施加零標度電壓和滿標度電壓，先校準零標度點，然後校準滿標度點。根據零標度和滿標度的校準數據，片內的微控制器計算出轉換器的輸入輸出轉換函數的偏移和增益斜率，對誤差進行補償。
數字接口AD7705的串行數據接口包括5個接口，其中片選輸入CS、串行時鐘輸入SCLK、數據輸入DIN、轉換數據輸出口DOUT用於傳輸數據，狀態信號輸出口 用於指示什麼時候輸出數據寄存器的數據準備就緒。當 為低電平時，轉換數據可用；當 為高電平時，輸出寄存器正在更新數據，不能讀取數據。器件的A/D轉換過程是按設定的數據輸出更新速率連續進行的。任何操作都需要對相應片內寄存器送入新的編程指令。
片內寄存器AD7705包括8個寄存器，均通過器件串行口訪問。第一個是通信寄存器，它的內容決定下一次操作是對哪一個寄存器進行讀操作還是寫操作，並控制對哪一個輸入通道進行採樣。所有與器件的通信都必須先寫通信寄存器。上電或復位後，器件默認狀態為等待指令數據寫入通信寄存器。它的寄存器選擇位RS2～RS0確定下次操作訪問哪一個寄存器，而輸入通道選擇位CH1，CH0則決定對哪一個輸入通道進行A/D轉換或訪問校準數據。第2個是設置寄存器，它是一個可讀/寫8位寄存器，用於設置工作模式、校準方式、增益等等。第3個是時鐘寄存器，它也是一個可讀/寫的8位寄存器，用於設置有關AD7705運行頻率參數和A/D轉換輸出更新速率。第4個是數據寄存器，它是一個16位只讀寄存器，它存放AD7705最新的轉換結果。值得注意的是，數據手冊上雖然說明它是一個16位的寄存器，但實際上它是由兩個8位的存貯單元組成的，輸出時MSB在前，如果接收微控制器需要LSB在前，例如8051系列，讀取的時候應該分兩次讀，每次讀出8位分別倒序，而不是整個16位倒序。其他的寄存器分別是測試寄存器、零標度校準寄存器、 滿標度校準寄存器等，用於測試和存放校準數據，可用來分析噪聲和轉換誤差。
AD7705採用SPI/QSPI兼容的三線串行接口，能夠方便地與各種微控制器和DSP連接，也比並行接口方式大大節省了CPU的
I/O口。下圖所示的應用電路中，採用80C51控制AD7705，對橋式傳感信號進行模數轉換。此方案採用二線連接收發數據。AD7705的CS接到低電平。DRDY的狀態通過監視DRDY線相連的P32得到（也可通過訪問通信寄存器的DRDY位來判斷以節省一個I/O口）。該應用中採用同一個電源來產生傳感器橋路激勵電壓和AD7705的基準參考電壓，所以在電壓的變化時它們所受到的影響比例相同，不會產生系統誤差，因此降低了對電壓穩定性的要求。這也是取代昂貴的高精度基準電壓電路
而不降低性能的一般做法。80C51配置為串行接口方式0工作模式。其數據串口線RXD（P30）與AD7705的DIN、DOUT引腳連接在一起，並接一個10 kΩ的上拉電阻。時鐘接口TXD與AD7705的SCLK（P31）相連，為傳輸數據提供時鐘。無數據傳送時，TXD閒置為高電平。
需要說明的是與讀操作類似，在寫操作模式下，80C51的數據輸出為LSB在前，而AD7705希望MSB在前，所以數據寫之前必須倒序。下面是關鍵的幾個C51函數。
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