高精度AD轉(zhuǎn)換器LTC1606及其應(yīng)用

　　1　LTC1606的主要特點(diǎn)

　　LTC1606是LINEAR公司生產(chǎn)的具有采樣保持功能的16位高速ADC。該ADC分辨率高，采樣速率高、功耗小，可在高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。其主要特點(diǎn)如下：

　　●含有16位采樣保持功能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器;

　　●250kHz采樣速率，信噪比達(dá)90dB;

　　●信號(hào)輸入范圍為±10V;

　　●采用單5V電源供電，典型功耗為75mW;

　　●片內(nèi)自帶基準(zhǔn)源，也可以外接基準(zhǔn)源;

　　●片內(nèi)自帶同步時(shí)鐘;

　　●采用28腳SSOP封裝;

　　●帶有和MCU兼容的16位并行輸出端口。

　　2　LTC1606的引腳介紹及使用說(shuō)明

　　2.1 LTC1606的引腳介紹

　　LTC1606的引腳排列圖如圖1所示，各引腳功能及使用說(shuō)明如下：

　　VIN：模擬量輸入端，使用時(shí)應(yīng)通過(guò)200Ω的電阻連接到需轉(zhuǎn)換的模擬輸入，滿量程為±10V;

　　AGND1、AGND2：模擬地;

　　REF：2.5V基準(zhǔn)源輸入端，通常接2.2μF的旁路鉭電容，也可以接外部基準(zhǔn)源;

　　CAP：基準(zhǔn)緩沖輸出，應(yīng)接10μF電容旁路到地;

　　D15～

　　D8：三態(tài)數(shù)據(jù)輸出端，當(dāng)CS為高或R/C 為低時(shí)，輸出為高阻態(tài);

　　DGND：數(shù)字地;

　　D7～D0：三態(tài)數(shù)據(jù)輸出端，當(dāng)CS為高或R/C 為低時(shí)，輸出為高阻態(tài);

　　BYTE：字節(jié)選擇端，當(dāng)BYTE端接低電平時(shí)，D15～D0按16位并行輸出數(shù)據(jù);當(dāng)BYTE端接高電平時(shí)，高8位和低8位分兩次并行輸出;

　　R/ C：Read/Convert輸入端，當(dāng)CS為低時(shí)，在 R/ C端的下降沿啟動(dòng)采樣保持器并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并在R/ C的上升沿將使能數(shù)據(jù)輸出;

　　CS：片選端，當(dāng)R/ C為低時(shí)，在CS引腳的下降沿啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，當(dāng)R/C 為高時(shí)，在CS引腳的下降沿使能數(shù)據(jù)輸出;

　　BUSY：模數(shù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出引腳。當(dāng)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，該引腳輸出低電平，當(dāng)BUSY端產(chǎn)生一上升沿時(shí)，表示模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束，數(shù)據(jù)輸出端有效。當(dāng)BUSY產(chǎn)生上升沿時(shí)，CS和R/ C必須為高;

　　VANA：模擬5V電源輸入端，接0.1μF的陶瓷電容和10μF的鉭電容旁路到地;

　　VDIG：數(shù)字5V電源輸入端，使用時(shí)接到VANA。

　　2.2 A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)和數(shù)據(jù)讀取

　　LTC1606在CS和R/ C腳的共同作用下，可在下述兩種情況下開(kāi)始一次A/D轉(zhuǎn)換：一是當(dāng)R/ C腳為低電平時(shí)，將在CS引腳的脈沖下降沿啟動(dòng)一次A/D轉(zhuǎn)換。該負(fù)跳變脈沖至少應(yīng)持續(xù)40ns，且最大脈沖寬度應(yīng)不超過(guò)6μs。二是當(dāng)CS引腳為低電平時(shí)，可在R/ C腳的脈沖下降沿啟動(dòng)一次A/D轉(zhuǎn)換。這種方式對(duì)負(fù)跳變脈沖的要求與第一種情況相同。

　　在一次A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后，BUSY腳將變?yōu)榈碗娖讲⒈３种敝帘敬无D(zhuǎn)換完成。當(dāng)BUSY為低時(shí)，新的轉(zhuǎn)換命令將不起作用。應(yīng)注意的是，在BUSY變高之前，R/ C和CS必須變?yōu)楦?，否則將啟動(dòng)一次無(wú)效的轉(zhuǎn)換過(guò)程。

　　LTC1606的轉(zhuǎn)換結(jié)果以二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式并行輸出。轉(zhuǎn)換結(jié)果可按字16位讀取，也可按字節(jié)8位分兩次讀取。在一次轉(zhuǎn)換完成之后，轉(zhuǎn)換結(jié)果送入輸出寄存器鎖存。當(dāng)且僅當(dāng)R/ C為高電平而CS為低電乎時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果才能被讀取。

　　芯片轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出線的高字節(jié)和低字節(jié)的位置可用BYTE腳電平的變化加以改變，這樣LTC1606芯片與16位數(shù)據(jù)總線和8位數(shù)據(jù)總線的微處理器均能接口，可滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)合，從而使LTC1606具有較廣的應(yīng)用范圍。

　　3　高精度數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)

　　TMS320LF240x是德州儀器(TI)公司推出的基于C2xLP 16位定點(diǎn)低功耗的數(shù)字信號(hào)處理器系列，該系列可用于各種數(shù)字伺服控制和嵌入式控制系統(tǒng)。240x系列DSP芯片除具有DSP芯片共有的速度快的特點(diǎn)外，最大的特點(diǎn)是片上集成了大量的外圍資源，主要包括雙存取RAM以及FLASH和兩個(gè)事件管理模塊EVA、EVB，在事件管理模塊中主要有以下功能模塊：定時(shí)器、PWM信號(hào)發(fā)生器、CAN現(xiàn)場(chǎng)總線接口、SCI串行通信接口、看門(mén)狗定時(shí)器以及通用的雙向數(shù)字I/O端口等。

　　筆者在研究海洋重力傳感器的信號(hào)提取過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)高精度的信號(hào)采集進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)處理運(yùn)算，并且以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了伺服控制。應(yīng)用時(shí)采用TMS320LF2407A作為這個(gè)系統(tǒng)的主控芯片，通過(guò)LTC1606實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換，圖2所示為數(shù)據(jù)采集部分的電路原理圖。

　　在圖2所示的電路中，在5V供電的LTC1606和3.3V供電的TMS320LF2407A之間加上了兩片16位的總線驅(qū)動(dòng)器。這樣，LTC1606接地可使其工作在16位并行輸出方式下，這樣可以很方便地實(shí)現(xiàn)和16位DSP的接口設(shè)計(jì)。為使LTC1606的控制邏輯變得比較簡(jiǎn)單，可將CS接地。在這種情況下，如果R/ C引腳變低，LTC1606將對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣保持，并開(kāi)始模數(shù)轉(zhuǎn)換。而在模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，BUSY將變低，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時(shí)微處理器將從LTC1606的數(shù)據(jù)端口讀出模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。

　　在用DSP對(duì)LTC1606進(jìn)行控制時(shí)，可用DSP的一次“假寫(xiě)”操作將WE引腳置低，并使LTC1606 R/ C引腳變低，從而啟動(dòng)LTC1606進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，再由狀態(tài)引腳BUSY的上升沿信號(hào)產(chǎn)生DSP的外部中斷XINT1所需的中斷源信號(hào)，從而在DSP的中斷程序中讀出模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，并進(jìn)行相應(yīng)處理，然后啟動(dòng)下一次模數(shù)轉(zhuǎn)換。值得注意的是，TMS320LF2407A的XINT1外部中斷的極性是可編程的，在該系統(tǒng)中，必須將其編程為上升沿觸發(fā)。

　　圖3所示為T(mén)MS320LF2407A控制LTC1606進(jìn)行一次模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)序圖，在編制TMS320LF2407A的數(shù)據(jù)采集程序時(shí)，采用匯編語(yǔ)言具有較高的效率，下面給出和數(shù)據(jù)采集相關(guān)的初始化程序和讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果的中斷子程序：

　　(1) 數(shù)據(jù)采集初始化子程序

　　ADINIT

　　SETC

　　INTM ;關(guān)總中斷

　　CLRC SXM

　　CLRC OVM

　　CLRC CNF ;B0區(qū)被配置為數(shù)據(jù)空間

　　SPLK #0E8H,WDCR ;不使能WDT

　　LDP #0E1H

　　LACL MCRA

　　OR #04H

　　SACL MCRA ;配置串行口引腳為特殊功能:XINT1

　　LDP #0E0H ;指向7000h～7080h區(qū)

　　SPLK #0005H,XINT1CR ;使能XINT1中斷，并將XINT1設(shè)為高優(yōu)先級(jí)，同時(shí)使其在上升沿時(shí)產(chǎn)生中斷

　　LDP #0H

　　SPLK #0001H,IMR ;使能中斷第1級(jí)INT1

　　SPLK #0FFFFH,IFR ;清全部中斷標(biāo)志

　　CLRC INTM ;開(kāi)總中斷

　　RET

　　(2) 據(jù)采集中斷子程序

　　GISR1: ;優(yōu)先級(jí)INT1中斷入口保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)

　　LDP #0E0H

　　LACC PIVR,1 ;讀取外設(shè)中斷向量寄存器(PIVR),并左移一位

　　ADD #PVECTORS ;加上外設(shè)中斷入口地址

　　BACC ;跳到相應(yīng)的中斷服務(wù)

　　子程序

　　ADREAD_ISR: ;讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果中斷程序

　　LDP #0H

　　IN ADRESULT,0FFFFH ;讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，將其存于變量ADRERULT中

　　CALL DATAMANAGE ;調(diào)數(shù)據(jù)處理函數(shù)

　　LDP #0H

　　SPLK #0FH , STARTAD

　　OUT STARTAD , 0FFFEH ;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

　　CLRC INTM ;開(kāi)總中斷,因?yàn)橐贿M(jìn)中斷就自動(dòng)關(guān)閉總中斷

　　RET ;中段返回

　　4　結(jié)束語(yǔ)

　　由模數(shù)轉(zhuǎn)換器LTC1606和TMS320LF2407A構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集電路中，其外圍電路和接口均很簡(jiǎn)單，利用LTC1606的高分辨率和DSP的高速性能可滿足高精度的數(shù)據(jù)采集要求，并能完成大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理工作，從而兼顧了數(shù)據(jù)采集處理的高精度和高速性，因此，具有廣泛的適用范圍。