同步采样A／D转换器AD7262原理及应用

概述
AD7262是一款逐步逼近式(SAR)模数转换器(A／D转换器)。其内部有2个跟踪保持放大器，2个12位的同步采样A/D转换器，2个可编程的放大器以及2组比较器和2个独立的数据输出引脚。适用于汽车控制领域及要求高同步、需简单运算的微弱信号检测应用。因此，这里详细介绍同步采样MD转换器AD7262原理及应用。

2 AD7262简介
2．1 主要特点
AD7262具有高速低功耗同步采样，最高可达1 MS／s。其内部集成的可编程放大器PGA有14种放大增益可供选择。两组比较器A、B和C、D用作电机控制或各种电极传感器的运算器。其中比较器A和B具有低功耗特点，比较器C和D具有高速特点。双通道差分输入同时采样和A／D转换，输入阻抗大于1 GΩ。单电源+5 V供电。PGA增益为2,-3 dB带宽为1．7 MHz，信噪比SNR为73 dB；其增益为32时，信噪比为66 dB。输入直流漏电流±0．001μA，失调漂移为2．5μV／℃。带有串行外设接口SPI，兼容QSPI，MICROWIRE，DSP。该器件具有多种节能模式，动态匹配所需内部模块，具有寄存器控制和引脚驱动两种工作方式。
2．2 引脚功能
AVcc：模拟电源输入端，4．75～5．25 V；
CA_CBVCC／CC_CDVCC：比较器的电源输入端，2．7～5．25 V；
CA_CB_GND／CC_CD_GND：比较器的地输入端；
VA+/VA-,VB+／VB-：A／D转换器A和B通道的差分模拟输入端；
VREFA／VREFB：A／D转换器A和B通道的基准电压输入输出端；
SCLK：串行时钟，SPI通讯时钟，也是A／D转换过程的时钟源；
CAL：初始化内部失调校准逻辑输入；
PD2：节能模式选择逻辑输入；
PD1：节能模式选择逻辑输入；
PD0／DIN：节能模式选择逻辑输入，同时在寄存器控制模式下为数据输入端；
CS：片选输入端；
CA+/CA-,CB+/CB-：比较器A和B的差分输入端；
CC+／CC-，CD+/CD-：比较器C和D的差分输入端；
AGND：模拟地输入端；
DGND：数字地输入端；
COUTA～COUTD：比较器CMOS推拉输出，使用VDRIVE时，为数字输出端；
DOUTA／DOUTB：A／D转换串行数据输出端；
G0～G3：增益倍数逻辑输入端，当全为低电平时，为寄存器控制工作方式；
VDRIVE：逻辑电源输入端，2．7～5．25 V；
REFSEL：基准电压选择端，高电平使用内部基准电压，低电平使用外部基准电压。
2．3 内部结构
图1为AD7262的内部结构图。两路差分信号通过各自的PGA同步采样放大后，进入跟踪保持器，此时由控制逻辑控制2个12位的逐次逼近型A／D转换器实现模拟数字转换，最后由输出驱动器分别串行驱动输出至DOUTA和DOUTB。

在引脚驱动方式下，G0～G3必须至少有一个高电平。外接的G0～G3决定PGA的放大倍数。PD2～PD0 3个端口电平控制其内部比较器和12位的A／D转换器各模块的使用或关闭。在寄存器控制方式下，PD2，PD1，G0～G3全为低电平。PD0／DIN为数据输入端，用于写入相关控制寄存器，动态配置放大倍数、校准和节能模式。AD7262以2的补码输出转换结果。
2．4 自动校准
自动校准是AD7262的主要特点之一。利用CAL引脚校准设备失调。设置CAL为高电平，在下一个CS下降沿完成初始化校准值。失调校准的完成需要一个完整的转换周期，包括CS下降沿后的19个SCLK周期。如果需要，CAL可保持多于一个转换周期的高电平，且此时AD7262继续校准。也可使用控制寄存器初始校准值，设置控制寄存器的CAL位为1即可实现。注意在下一个CS下降沿，校准会被初始化，AD7262的当前转换就失去意义。其A/D转换器必须处于工作状态来完成内部校准。
A/D转换器A和B通道具有独立的外部增益寄存器用以校准信号增益。增益校准寄存器有7位，改变该寄存器以补偿增益。MSB是符号位，其他6位为存储增益倍数，用于调整模拟输入信号的范围，其校准精度是1/4 096。

3 典型应用
3．1 硬件设计
图2为AD7262与ARM处理器LPC2378的典型应用电路，实现直流电法勘探中电极A、B电流和电极M、N电压的采集。采用金属膜电阻作为采样电阻以提高测量精度。由于A、B电极之间电压是对大地供电的电极电压，一般大于100 V，前端电极中都有高压隔离电路，该采样电阻阻值一般小于100 Ω。AD7262工作在寄存器控制方式。在LPC2378的P0．15提供的SCLK的控制时序下，通过P0．18向AD7262的控制寄存器写入相关数据。CS进入低电平状态后，首先由P0．18写入相关寄存器数据，再开始采样保持并转换输出。在写入寄存器时，DOUTA和DOUTB输出为三态。

AD7262主要通信方式为SPI四线式。由于AD7262无法控制何时通信，故只能工作在从模式下。主控制器LPC2378的P0．15提供通讯时钟信号SCLK。CS为片选输入。DOUTA或DOUTB为SPI的数据输出端。SPI的数据输入端为PD0／DIN。电路设计时，通过LPC237