高精度模数转换器AD7671的原理及应用

概述

AD7671是采样速率达1MSPS的16位逐次逼近型高速高精度数模转换器，采用5V单电源供电，并能提供单极性和双极性两种输入方式，可适用各种不同的输入范围。它还提供校准与误差校正电路、内部时钟、8位或16位并行口和一个串行口。AD7671能够达到16位分辨率，而且无失码，最大积分非线性误差(INL)仅为±2.5LSB，能够满足各种高精度应用的要求。

AD7671能够工作在三种不同的方式下，以提供不同的采样速率。包括采样速率达1MSPS 的“Warp”工作方式(两次转换之间的时间不能超过1ms)，适合于要求高速采样的应用场合；最高采样速率为800KSPS的“Normal”工作方式(对两次转换之间的时间没有任何限制)，适合异步数据采集系统；最高采样速率为666KSPS的“Impluse”工作方式，功耗随数据吞吐量变化，适合低功耗、电池供电系统。

AD7671的内部结构

图1是AD7671的内部结构框图，由图中可知该芯片主要有三部分构成：数模转换电路、逻辑控制电路和接口电路。其中数模转换电路主要由一个16位高精度逐次逼近型ADC组成；逻辑控制电路包括内部时钟、转换控制逻辑和硬件校准电路，主要用于控制芯片的工作方式；串行接口和高速并行接口组成了芯片的接口电路，提供了对芯片的各种控制信号。



操作时序与应用电路

图2为AD7671采用并行数据输出模式时的时序图。通常情况下，AD7671有两种数据读取方式。一种是在数据转换过程完成后，读取转换的数据；另一种是在数据转换的过程中，读取上一次转换完成的数据。图中的时序图描述了后一种情况，即主控制器发出CNVST信号后，检测BUSY信号。当BUSY信号置为高电平时，读取由上一个转换过程所转换的数据。



图3是AD7671与TI公司的DSP TMS320VC5402的典型连接图，该图是高速高精度数据采集系统中的数据采集部分。图中AD7671的输入范围已经配置成±5V，其数据端口采用高速并行接口。接口的数据读取模式设置为图2所示的模式，其中+5VA和-5VA分别是由7805和7905产生的模拟电压。由于TMS320VC5402数据接口的电压为3.3V，所以将3.3V数字电压输入到OVDD管脚，这样AD7671的数据接口电压就可以和DSP的数据接口相兼容。用户在使用中，如果需要5V的接口电压，只要简单地将OVDD的输入电压配置成5V即可。ADR421为AD7671提供了+2.5V的基准电压。AD7671的模拟输入端采用了由低噪声系数的激励放大器AD8021构成的驱动电路来驱动AD7671。图中AD7671和DSP之间的逻辑电路是由CPLD所实现的，在这里其用逻辑符号表示。



调试程序

由图3可知，TMS320VC5402将XF管脚置为低电平来片选AD7671，并且通过使地址线高两位A15和A14置为高电平、IOSTRB置为低电平使能CNVST和RD信号，当AD7671将BUSY管脚置为高电平时，TMS320VC5402通过检测到其BIO管脚即可采集数据。下面给出了AD7671的采样调试程序。

main:
stm #2100h,ar1；将数据缓冲区的首地址放入AR1
ld #1000h,a；设置采样点的个数
nop
rsbx xf；将XF管脚置为低电平，用来片选AD7671
nop；适当的延迟
nop
herec: nop
nop
xc 2,bio；检测BIO管脚，当AD7671将BIO管脚置为高电平时，
b hered；跳转至hered保存采集到的数据
nop
bc herec,aneq；检测1000h个数据是否采集完成
hend: b $
hered: portr #0c000h,*ar1+；保存AD7671发送过来的数据
sub #1h,a；将寄存器A中的数减一
rpt #4；适当的延迟
nop
b herec

结束语

AD7671的能够满足各种高速高精度应用的需求，还提供了两种接口电压可调的数据接口，大大提高了系统设计的灵活性，所具有的多种工作方式可满足不同应用的需求。应用AD7671设计的数据采集系统可在实际环境中稳定运行，并且达到了设计要求。