基于AD7714的高精度隔离数据采集系统

　　在高精度及多路采样设备中，A／D芯片选用的恰当与否对系统整体性能的表现好坏非常关键。目前，由于数字信号处理技术的快速发展，对信号采集前向通道的器件要求也不断提高，特别是对器件的采样分辨率、采样速度以及采样通道数等参数的要求越来越严格。

　　本系统测量采用极化继电器的力臂控制盒仪器设计，需要测量的数据变化范围大，精度要求高，测量的通道数多。同时，由于本系统测量电路相对复杂，各信号间容易产生干扰，而高速运转的电机信号产生的干扰将会使系统瘫痪。针对上述情况，笔者采用多路输入、高精度的A／D转换器AD7714，与MCU之间的通信采用光电隔离技术。

　　1 AD7714的基本情况

　　AD7714是一个完整的用于低频测量应用场合的模拟前端。它的3线串行接口与SPI、QSPI、MICROWEIR兼容。通过软件可对增益设定、信号极性和通道选择作出配置。AD7714的主要特点如下：

　　◇最高可实现24位无误码输出，同时保证0．0015％的非线性度；

　　◇具有前端增益可编程放大器，增益值为1～128，内含可编程低通滤波器和可读写系统校准系数；

　　◇有5通道输入，可根据需要采用3路差分输入或5路准差分输入；

　　◇低噪声（《150 nV rms）；

　　◇低功耗，典型电流值为226μA（省电模式仅为4 μA）；

　　◇采用单5 V供电（AD7714-5）或单3 V供电（AD7714-3）方式。

　　AD7714提供24脚DIP、SOIC、TSSOP及28脚SSOP封装。其引脚功能如图1所示（以24DIP封装为例）。AD7714的功能方框图如图2所示。

　　2 系统中的实际应用

　　2.1 AD7714外围接口配置

　　POL时钟极性。输入低电平时，数据传送操作中串行时钟的第1个跳变是从低电平至高电平。输入高电平时，数据传送操作中串行时钟的第1个跳变是从高电平至低电平。

　　RESET逻辑输入端。低电平有效输入，它把器件的控制逻辑、接口逻辑、数字滤波器以及模拟调制器复位到上电状态。本系统是通过在DIN输入端写入一系列的1来进行软件复位，使AD7714返回到等待对通信寄存器进行写操作的状态。

　　用软件进行复位需要注意两点：一是AD7714的DIN线写逻辑1至少达32个串行时钟周期；二是写到任何寄存器的信息是未知的，因而要再次设置所有的寄存器。

　　CS芯片选择。用于选择AD7714的低电平有效逻辑输入端。当此输入端由硬件连线设置为低电平时，AD7714工作在其3线接口模式。

　　SYNCL逻辑输入端。当使用多个AD7714时，它用于数字滤波器和模拟调制器的同步。

　　2.2 AD7714与MCU的接口

　　AD7714与MCU之间的接口关系如图3所示，图3中给出了输入和输出的电路转换。为了能够获得稳定的数据，AD7714与MCU之间加入光隔离器。光隔离器件采用的是隔离电压高、速度快、共模抑制性强的6N137。由于6N137的速度快，编程中不需要进行适当的延时就能满足光隔离器的电平建立时间。试验表明通过光隔离器，获得的稳定数据能够增加3～4位（二进制位）。

　　AD7714的CS接地，使AD7714始终工作在SPI接口模式。对每个接口模块的控制是通过74LSl25的三态允许端来实现的。对其中一个SPI接口操作时，使其74LSl25处于选通状态，而其他SPI接口的74LSl25处于高阻状态。这样可实现微处理器单独对一个接口进行操作，而不影响其他接口。CPU通过对三态缓冲器74LSl25控制，可实现多个接口共用相同的数据线。图3中的DA-CS是控制具有SPI总线的D／A转换器芯片。

　　6N137外部元件电阻根据自己的实际情况来选取，即不宜过大也不宜过小。为了增加稳定性，最好在电阻的两端并上电解电容。

　　2.3基准电压源AD780

　　高精度参考电压源AD780为AD7714提供基准电压。其基本特性：通过8脚的悬空或接地，可实现2．5 V或3．0 V的输出；输出电压范围在2．5 V±1 mV或3．0 v±l mV；输入电压范围可从4～36 V来实现2．5 V或3．0V的输出。

　　在使用AD780作基准电压源时，其周围的电容一定要按照图4上所给的进行配置，否则，输出的精度会下降很多。特别要注意AD780输出端和地的100μF电容，试验表明这个电容可以使系统的精度提高2～3位（二进制位）。

　　2.4 AD7714的模拟前端

　　在模拟前端所要测量的电流和电压很多，并且变化范围很大。为了能够提高测量精度，必须根据电压和电流的大小来设计合理的电压表和电流表。在图5中，通过合理的选取R1和R2的阻值以及使其短路或开路，来实现电压表和电流表。

设计电流表时，将R1短路，选取相应的R2电阻，R2的电阻是通过AD7714最大输入电压以及所要测量的最大电流来计算的。设计电压表时，如果测量的电压在AD7714输入电压范围内