TLV2544/2548多通道12位串行A/D轉(zhuǎn)換器的原理與應(yīng)用
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1 概述
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/188694.htmTLV2544/2548是TI公司生產(chǎn)的一組高性能12位低功耗/高速（3.6μs）CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它精度高，體積小、通道多，使用靈活，并具有采樣-保持功能，電源電壓為2.7V～5.5V。另外TLV2544/2548還個有3個輸入端和一個三態(tài)輸出端，可為最流行的微處理器串行端口（SPI）提供4線接口。當(dāng)與DSP連接時，可用一個幀同步信號（FS）來表明一個串行數(shù)據(jù)幀的開始。該器件除了具有高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器和多種控制功能外，還具有片內(nèi)模擬多路器，可選擇多部的模擬電壓或三個內(nèi)部自測試電壓中的任一個外部的模擬電壓或三個內(nèi)部自測試電壓中的任一個作為輸入。TLV2544/2548工作時的功耗非常低，而軟件/硬件/自動關(guān)機模式以及可編程的轉(zhuǎn)換速度又進一步增強了其低功耗的特點。同時它還具有內(nèi)置轉(zhuǎn)換時鐘（OSC）和電壓基準，可以采用外部SCLK作為轉(zhuǎn)換時鐘源以獲取更高的轉(zhuǎn)換速度（在20MHz的SCLK時可高達3.6μs）。并有兩種不同的內(nèi)部基準電壓可供選擇。圖1和圖2分別是TLV2544/2548的功能方框圖和引腳排列，表1是其引腳說明。
表1 引腳說明
| 名 稱 | 引腳號 | I/O | 說 明 | |
| TLV2544 | TLV2548 | |||
| A0～A3/A0～A7 | 6～9 | 6～13 | I | 模擬輸入。該輸入可內(nèi)部被多路復(fù)用 |
| CS | 16 | 20 | I | 片選 |
| CSTART | 10 | 14 | I | 用于控制模擬輸入的開始和啟動轉(zhuǎn)換 |
| EOC/（INT） | 4 | 4 | O | 轉(zhuǎn)換結(jié)束或主處理器中斷 |
| FS | 13 | 17 | I | DSP幀同步輸入 |
| GND | 11 | 15 | I | 地，用于內(nèi)部電路 |
| PWDN | 12 | 16 | I | 此腳為邏輯零時，模擬及基準電路均斷電 |
| SCLK | 3 | 3 | I | 串行時鐘輸入 |
| SDI | 2 | 2 | I | 串行數(shù)據(jù)輸入 |
| SDO | 1 | 1 | I | A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端 |
| REFM | 14 | 18 | I | 外部基準輸入或內(nèi)部基準去耦 |
| REFP | 15 | 19 | I | 外部基準輸入或內(nèi)部基準去耦 |
| Vcc | 5 | 5 | I | 正源電壓 |
表2 TLV2544/TLV2548配置寄存器（CFR）的位定義
| 位 | 定 義 | |
| D15～D12 | 全零，不可編程 | |
| D11 | 基準選擇，0為外部；1為內(nèi)部 | |
| D10 | 內(nèi)部基準電壓選擇，0時，內(nèi)部準=4V;為1時：內(nèi)部基準=2V | |
| D9 | 采樣周期選擇0：短期采樣12SCLKs(1x采樣時間) 1：長期采樣24SCLKs(2x采樣時間） | |
| D（8，7） | 轉(zhuǎn)換時鐘源選擇，00：轉(zhuǎn)換時間=內(nèi)OSC；01：轉(zhuǎn)換時鐘=SCLK 10：轉(zhuǎn)換時鐘=SCLK/4;11：轉(zhuǎn)換時鐘=SCLK/2 | |
| D（6，5) | 轉(zhuǎn)換模式選擇；00；單次模式；01：重復(fù)模式；10：掃描模式；11：重復(fù)掃描模式 | |
| D(4,3)* | TLV2548 | TLV2544 |
| 掃描自動序列選擇 00：0-1-2-3-4-5-6-7 01：0-2-4-6-0-2-4-6 10：0-0-2-2-4-4-6-6 11：0-2-0-2-0-2-0-2 | 掃描自動序列選擇 00：N/A 01：0-1-2-3-0-1-2-3 10：0-0-1-1-2-2-3-3 11：0-1-0-1-0-1-0-1 | |
| D2 | EOC/INT引腳功能選擇，0；引腳用作INT；1：引腳用作EOC | |
| D(1,0) | FIFO觸發(fā)器電平（掃描序列長度） 00：全部（FIFO level 7填滿后產(chǎn)生INT） 01：3/4（FIFO level 5填滿后產(chǎn)生INT） 10：1/2（FIFO level 3填滿后產(chǎn)生INT） 11：1/4（FIFO level 1填滿后產(chǎn)生INT） | |
*這些位僅在10和11轉(zhuǎn)換模式中有效
TLV2544/2548兩芯片的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)相同，不同之處就是前者的模擬輸入通道為4路，而后者為8路。下面以TLV2544為例為介紹。
2 工作原理
TLV2544有4路模擬輸入和3個內(nèi)部測試輸入端，它們可由模擬多路轉(zhuǎn)換器根據(jù)輸入的命令來選擇。輸入多路轉(zhuǎn)換器采用先開后合型，因為這可減少由通道切換引起的輸入噪聲。
TLV2544 的工作周期的開始模式有兩種：一種是當(dāng)不使用FS時（在CS的下降沿FS=1），CS的下降沿即為周期的開始。這時的輸入數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿移入，輸出數(shù)據(jù)下降沿改變。這種模式雖然也可用于DSP，但一般常用于SPI微控制器。另一種是當(dāng)使用FS時（FS是來自DSP的有效信號），F(xiàn)S的下降沿即為周期的開始，這時的輸入數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿移入，輸出數(shù)據(jù)在其上升沿改變，這種模式一般用于TMS320系列的DSP。
TLV2544 具有一個4位命令集（存于命令寄存器CMR中）和一個12位配置數(shù)據(jù)域。大多數(shù)命令只需要前4個MSB，即不需要低12位數(shù)據(jù)。值得注意的是，器件在上電初始化時首先需要將將始化命令A(yù)000h寫入CFR配置寄存器，然后對器件進行編程，其編程方法是在初始化命令A(yù)000h的低12位000h寫入編程數(shù)據(jù)以規(guī)定器件的工作方式。編程定義如表2所列，編程信息被保留在H/W或S/W的斷電狀態(tài)。當(dāng)器件被編程時，由微處理發(fā)送一個16位串行數(shù)據(jù)寫入CFR，如果在輸入了前8位后SCLK中斷，那么余下的8位則在SCLK被恢復(fù)后再輸入。一個讀CFR命令可讀出CFR的狀態(tài)，以校驗寫入控制命令是否正確，其他控制命令可參見表3。
表3 TLV2544/TLV2548命令集
| SDID（15～12）BINary HEX | TLV2548指命 | TLV2544指命 | |
| 0000b | 0000h | 選擇模擬通道0 | 選擇模擬通道0 |
| 0001b | 1000h | 選擇模擬通道1 | N/A |
| 0010b | 2000h | 選擇模擬通道2 | 選擇模擬通道1 |
| 0011b | 3000h | 選擇模擬通道3 | N/A |
| 0100b | 4000h | 選擇模擬通道4 | 選擇模擬通道2 |
| 0101b | 5000h | 選擇模擬通道5 | N/A |
| 0110b | 6000h | 選擇模擬通道6 | 選擇模擬通道3 |
| 0111b | 7000h | 選擇模擬通道7 | N/A |
| 1000b | 8000h | 選擇模擬通道8 | SW電源跌落（模擬+參考） |
| 1001b | 9000h | 讀CFR寄存器數(shù)據(jù)到SDO D（11～0） | |
| 1010b | A000h plus data | 將低12位數(shù)據(jù)寫CFR | |
| 1011B | B000h | 測試選擇，電壓為（REFP+REFR）/2 | |
| 1100b | C000h | 測試選擇，電壓為REFM | |
| 1101b | D000h | 測試選擇，電壓為REFP | |
| 1110b | E000h | FIFO讀，將FIFO內(nèi)容送SDO D（15～4），D（3～0）=0000 | |
| 1111b | F000h plus data | 保留 | |
如果前高4位輸入數(shù)據(jù)被譯碼為轉(zhuǎn)換命令之一，那么采樣周期開始。一般有兩種采樣方式：正常采樣和擴展采樣。正常采樣實際上是采用軟件啟動A/D變換方式，當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換器正常采樣時，采樣周期是可編程的，它可以是12SCLKs（短周期采樣）或24SCLKs（長周期采樣）。當(dāng)SCLK高于10MHz或輸入源電阻較高時，長周期采樣可使被采樣的輸入模擬信號達到0.5LSB的精度。如果正常采樣達不到所要求的A/D變換精度，則應(yīng)采用擴展采樣，擴展采樣采用硬件啟動A/D變換，在引腳CSTART輸入一個寬度大于800ns的負脈沖信號后，A/D轉(zhuǎn)換開始。CSTART的下降沿即為采樣周期的開始，CSTART的上升沿是采樣周期的結(jié)束和轉(zhuǎn)換的開始。
3 TLV2544的轉(zhuǎn)換模式
TLV2544 具有四種轉(zhuǎn)換模式，分別為：單次模式、重復(fù)模式、掃描模式和重復(fù)掃描模式?？捎媚Ｊ?0、01、10、11表示。每種模式的工作稍有區(qū)別，這取決于轉(zhuǎn)換器如何采樣和采用哪一種接口。轉(zhuǎn)換的觸發(fā)信號可以采用有效CSTART（擴展采樣）、CS（正常采樣、SPI接口）或FS（正常采樣，TMS320系列 DSP接口）模式。當(dāng)FS用作觸發(fā)信號時，CS可保護一直有效而不需要通過觸發(fā)順序跳轉(zhuǎn)。不同類型的觸發(fā)信號不應(yīng)在重復(fù)模式和掃描模式中混合使用。當(dāng) CSTART用作觸發(fā)信號時，轉(zhuǎn)換開始于CSTART的上升沿。如果一個有效CS或FS用作觸發(fā)信號，則轉(zhuǎn)換將在第16個或第28個SCLK的邊沿開始。
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