高精度AD轉換器LTC1606及其應用

　　1　LTC1606的主要特點

　　LTC1606是LINEAR公司生產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，可在高精度的數據采集系統(tǒng)中廣泛應用。其主要特點如下：

　　●含有16位采樣保持功能的模數轉換器;

　　●250kHz采樣速率，信噪比達90dB;

　　●信號輸入范圍為±10V;

　　●采用單5V電源供電，典型功耗為75mW;

　　●片內自帶基準源，也可以外接基準源;

　　●片內自帶同步時鐘;

　　●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明如下：

　　VIN：模擬量輸入端，使用時應通過200Ω的電阻連接到需轉換的模擬輸入，滿量程為±10V;

　　AGND1、AGND2：模擬地;

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

　　CAP：基準緩沖輸出，應接10μF電容旁路到地;

　　D15～

　　D8：三態(tài)數據輸出端，當CS為高或R/C 為低時，輸出為高阻態(tài);

　　DGND：數字地;

　　D7～D0：三態(tài)數據輸出端，當CS為高或R/C 為低時，輸出為高阻態(tài);

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

　　R/ C：Read/Convert輸入端，當CS為低時，在 R/ C端的下降沿啟動采樣保持器并進行模數轉換，并在R/ C的上升沿將使能數據輸出;

　　CS：片選端，當R/ C為低時，在CS引腳的下降沿啟動模數轉換，當R/C 為高時，在CS引腳的下降沿使能數據輸出;

　　BUSY：模數轉換狀態(tài)輸出引腳。當進行模數轉換時，該引腳輸出低電平，當BUSY端產生一上升沿時，表示模數轉換結束，數據輸出端有效。當BUSY產生上升沿時，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：數字5V電源輸入端，使用時接到VANA。

　　2.2 A/D轉換的啟動和數據讀取

　　LTC1606在CS和R/ C腳的共同作用下，可在下述兩種情況下開始一次A/D轉換：一是當R/ C腳為低電平時，將在CS引腳的脈沖下降沿啟動一次A/D轉換。該負跳變脈沖至少應持續(xù)40ns，且最大脈沖寬度應不超過6μs。二是當CS引腳為低電平時，可在R/ C腳的脈沖下降沿啟動一次A/D轉換。這種方式對負跳變脈沖的要求與第一種情況相同。

　　在一次A/D轉換啟動后，BUSY腳將變?yōu)榈碗娖讲⒈３种敝帘敬无D換完成。當BUSY為低時，新的轉換命令將不起作用。應注意的是，在BUSY變高之前，R/ C和CS必須變?yōu)楦?，否則將啟動一次無效的轉換過程。

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

　　芯片轉換結果輸出線的高字節(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位數據總線和8位數據總線的微處理器均能接口，可滿足不同的應用場合，從而使LTC1606具有較廣的應用范圍。

　　3　高精度數據采集電路設計

　　TMS320LF240x是德州儀器(TI)公司推出的基于C2xLP 16位定點低功耗的數字信號處理器系列，該系列可用于各種數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外，最大的特點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：定時器、PWM信號發(fā)生器、CAN現場總線接口、SCI串行通信接口、看門狗定時器以及通用的雙向數字I/O端口等。

　　筆者在研究海洋重力傳感器的信號提取過程中，為了實現高精度的信號采集進行了大量的數據處理運算，并且以此為基礎實現了伺服控制。應用時采用TMS320LF2407A作為這個系統(tǒng)的主控芯片，通過LTC1606實現對模擬信號的采集和模數轉換，圖2所示為數據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位的總線驅動器。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現和16位DSP的接口設計。為使LTC1606的控制邏輯變得比較簡單，可將CS接地。在這種情況下，如果R/ C引腳變低，LTC1606將對輸入信號進行采樣保持，并開始模數轉換。而在模數轉換過程中，BUSY將變低，直到轉換結束，此時微處理器將從LTC1606的數據端口讀出模數轉換結果。

　　在用DSP對LTC1606進行控制時，可用DSP的一次“假寫”操作將WE引腳置低，并使LTC1606 R/ C引腳變低，從而啟動LTC1606進行模數轉換。在轉換結束時，再由狀態(tài)引腳BUSY的上升沿信號產生DSP的外部中斷XINT1所需的中斷源信號，從而在DSP的中斷程序中讀出模數轉換結果，并進行相應處理，然后啟動下一次模數轉換。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TMS320LF2407A控制LTC1606進行一次模數轉換的時序圖，在編制TMS320LF2407A的數據采集程序時，采用匯編語言具有較高的效率，下面給出和數據采集相關的初始化程序和讀取模數轉換結果的中斷子程序：

　　(1) 數據采集初始化子程序

　　ADINIT

　　SETC

　　INTM ;關總中斷

　　CLRC SXM

　　CLRC OVM

　　CLRC CNF ;B0區(qū)被配置為數據空間

　　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設為高優(yōu)先級，同時使其在上升沿時產生中斷

　　LDP #0H

　　SPLK #0001H,IMR ;使能中斷第1級INT1

　　SPLK #0FFFFH,IFR ;清全部中斷標志

　　CLRC INTM ;開總中斷

　　RET

　　(2) 據采集中斷子程序

　　GISR1: ;優(yōu)先級INT1中斷入口保護現場

　　LDP #0E0H

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

　　ADD #PVECTORS ;加上外設中斷入口地址

　　BACC ;跳到相應的中斷服務

　　子程序

　　ADREAD_ISR: ;讀取模數轉換結果中斷程序

　　LDP #0H

　　IN ADRESULT,0FFFFH ;讀取A/D轉換結果，將其存于變量ADRERULT中

　　CALL DATAMANAGE ;調數據處理函數

　　LDP #0H

　　SPLK #0FH , STARTAD

　　OUT STARTAD , 0FFFEH ;啟動A/D轉換

　　CLRC INTM ;開總中斷,因為一進中斷就自動關閉總中斷

　　RET ;中段返回

　　4　結束語

　　由模數轉換器LTC1606和TMS320LF2407A構成的數據采集電路中，其外圍電路和接口均很簡單，利用LTC1606的高分辨率和DSP的高速性能可滿足高精度的數據采集要求，并能完成大量復雜的數據處理工作，從而兼顧了數據采集處理的高精度和高速性，因此，具有廣泛的適用范圍。