計(jì)量秤應(yīng)用的低成本2-通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器

Cirrus Logic公司的低成本2-通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器CS5550是單一芯片解決方案，可以同時輸出數(shù)值和精度兩項(xiàng)測量指標(biāo)，更加方便地用于各類電子秤的設(shè)計(jì)。這款占位小、易于設(shè)計(jì)、定價合理的高度集成解決方案使計(jì)量秤制造商能夠?yàn)槠溆脩籼峁┚_的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的解決方案。

CS5550簡介

CS5550具有與微控制器通信的雙向串行接口，接口經(jīng)初始化，在復(fù)位后具有全功能。CS5550具有良好的溫度穩(wěn)定性，可進(jìn)行長時間操作。CS5550的主要指標(biāo)為：
o 通道1：13 ENOBs
o 通道2：10 ENOBs
o VA+ = +5 V
o AGND = 0 V
o VD+ = +3.3 V 至 +5 V

系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
CS5550 具有針對AIN1+ 的兩個滿標(biāo)度差分輸入電壓范圍。該輸入范圍是模擬輸入可接受的最大正弦信號，且這些值不會導(dǎo)致滿標(biāo)度記錄。如果該模擬輸入設(shè)置為500mVP-P，只有一個250 mVRMS信號將記錄滿標(biāo)度。但實(shí)際上不能置入一個250mVRMS的正弦信號，在這樣的正弦波進(jìn)入模擬輸入正峰值區(qū)域的較高位置時（在每一個周期），該信號的電壓水平超過了輸入通道的最大差分輸入電壓范圍。不達(dá)到飽和的可輸入最大正弦波電壓信號為：

它是滿標(biāo)度的~70.7%。因此對于滿標(biāo)度峰-峰值水平的正弦輸入，滿標(biāo)度記錄為~0.707。
CS5550在工作時其VREFIN 和AGND管腳間帶基準(zhǔn)電壓+2.5V。該轉(zhuǎn)換器包括一個內(nèi)部2.5V基準(zhǔn) (25 ppm/℃ 漂移)，通過將器件的VREFOUT管腳連接到VREFIN管腳即可使用。如果要求更高的精確度及穩(wěn)定性，可以使用一個外部基準(zhǔn)。
XIN及XOUT是一個反向放大器的輸入和輸出，提供振蕩并可以設(shè)置成一個片上振蕩器，如圖1所示。該振蕩器電路專為與石英晶體或陶瓷諧振器一起使用而設(shè)計(jì)。為降低電路成本，器件內(nèi)集成了兩個負(fù)載電容器C1和C2。結(jié)合這些負(fù)載電容器，該振蕩器電路能夠振蕩到高達(dá)20MHz。為從一個外部時鐘源驅(qū)動CS5550，當(dāng)XIN被外部電路驅(qū)動時，XOUT不能連接。該器件在XIN及提供CMOS電平信號的數(shù)字電路之間具有一個放大器，該放大器用正弦輸入工作，因此緩慢邊緣時間不會有問題。


圖1  振蕩器連接示意圖

CS5550 能夠被一個范圍在2.5至20MHz的外部振蕩器驅(qū)動，但必須設(shè)置K分配器值，使內(nèi)部DCLK將在介于2.5MHz 及5MHz之間的某處運(yùn)行。K分配器值在配置寄存器中用K[3:0]位設(shè)置。例如，如果XIN=MCLK=15MHz，且K值設(shè)置為5，則DCLK值為3MHz，這是DCLK的有效值。
CS5550為交流/直流偏移及增益提供數(shù)字校準(zhǔn)。對于兩個通道，交流偏移校準(zhǔn)序列與直流偏移校準(zhǔn)序列實(shí)現(xiàn)完全不同的功能。交流增益和直流增益校準(zhǔn)序列實(shí)現(xiàn)相同的功能，但實(shí)現(xiàn)這個功能要求不同的技術(shù)。由于兩個通道各自具有相應(yīng)的偏移及增益寄存器，一個通道的校準(zhǔn)結(jié)果不會影響另一通道，系統(tǒng)偏移或系統(tǒng)增益能夠在任何通道上實(shí)現(xiàn)。
CS5550 的串行端口結(jié)合了一個帶有傳輸/接收緩沖器的狀態(tài)機(jī)，它在SCLK的上升沿解釋8位指令字。依據(jù)指令解碼，該狀態(tài)機(jī)執(zhí)行要求的指令或準(zhǔn)備指定地址的寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。讀操作需要一個內(nèi)部寄存器傳送到傳輸緩沖器，寫操作要等候24個 SCLK周期完成后才執(zhí)行傳送。該內(nèi)部寄存器用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功能。所有寄存器長度均為24位。CS5550 加電后進(jìn)行初始化并處于全面操作狀態(tài)。加電后，該器件將等待接收一個有效指令（進(jìn)入串行接口的第一個8位）。依據(jù)接收及解碼有效指令字，該狀態(tài)機(jī)命令轉(zhuǎn)換器執(zhí)行系統(tǒng)操作或?qū)?shù)據(jù)傳送到內(nèi)部寄存器或從內(nèi)部寄存器傳送數(shù)據(jù)。

結(jié)語
習(xí)慣于傳統(tǒng)的多芯片方案和專用技術(shù)的制造商會發(fā)現(xiàn)單一芯片CS5550提供的高度集成和超群性能，它適用于包括個人電子秤和家用計(jì)量秤在內(nèi)的消費(fèi)產(chǎn)品的首選解決方案。CS5550目標(biāo)定位于增長迅速的低端計(jì)量秤產(chǎn)品市場，是Cirrus公司推出的成本性能很好平衡的其中一個產(chǎn)品系列。■