高速高精度數模轉換器AD7671結構及原理

概述

　　AD7671是采樣速率達1MSPS的16位逐次逼近型高速高精度數模轉換器，采用5V單電源供電，并能提供單極性和雙極性兩種輸入方式，可適用各種不同的輸入范圍。它還提供校準與誤差校正電路、內部時鐘、8位或16位并行口和一個串行口。AD7671能夠達到16位分辨率，而且無失碼，最大積分非線性誤差(INL)僅為±2.5LSB，能夠滿足各種高精度應用的要求。

　　AD7671能夠工作在三種不同的方式下，以提供不同的采樣速率。包括采樣速率達1MSPS 的“Warp”工作方式(兩次轉換之間的時間不能超過1ms)，適合于要求高速采樣的應用場合；最高采樣速率為800KSPS的“Normal”工作方式(對兩次轉換之間的時間沒有任何限制)，適合異步數據采集系統；最高采樣速率為666KSPS的“Impluse”工作方式，功耗隨數據吞吐量變化，適合低功耗、電池供電系統。

　　AD7671的內部結構

　　圖1是AD7671的內部結構框圖，由圖中可知該芯片主要有三部分構成：數模轉換電路、邏輯控制電路和接口電路。其中數模轉換電路主要由一個16位高精度逐次逼近型ADC組成；邏輯控制電路包括內部時鐘、轉換控制邏輯和硬件校準電路，主要用于控制芯片的工作方式；串行接口和高速并行接口組成了芯片的接口電路，提供了對芯片的各種控制信號。

　　操作時序與應用電路

　　圖2為AD7671采用并行數據輸出模式時的時序圖。通常情況下，AD7671有兩種數據讀取方式。一種是在數據轉換過程完成后，讀取轉換的數據；另一種是在數據轉換的過程中，讀取上一次轉換完成的數據。圖中的時序圖描述了后一種情況，即主控制器發出CNVST信號后，檢測BUSY信號。當BUSY信號置為高電平時，讀取由上一個轉換過程所轉換的數據。

　　圖3是AD7671與TI公司的DSP TMS320VC5402的典型連接圖，該圖是高速高精度數據采集系統中的數據采集部分。圖中AD7671的輸入范圍已經配置成±5V，其數據端口采用高速并行接口。接口的數據讀取模式設置為圖2所示的模式，其中+5VA和-5VA分別是由7805和7905產生的模擬電壓。由于TMS320VC5402數據接口的電壓為3.3V，所以將3.3V數字電壓輸入到OVDD管腳，這樣AD7671的數據接口電壓就可以和DSP的數據接口相兼容。用戶在使用中，如果需要5V的接口電壓，只要簡單地將OVDD的輸入電壓配置成5V即可。ADR421為AD7671提供了+2.5V的基準電壓。AD7671的模擬輸入端采用了由低噪聲系數的激勵放大器AD8021構成的驅動電路來驅動AD7671。圖中AD7671和DSP之間的邏輯電路是由CPLD所實現的，在這里其用邏輯符號表示。

　　調試程序

　　由圖3可知，TMS320VC5402將XF管腳置為低電平來片選AD7671，并且通過使地址線高兩位A15和A14置為高電平、IOSTRB置為低電平使能CNVST和RD信號，當AD7671將BUSY管腳置為高電平時，TMS320VC5402通過檢測到其BIO管腳即可采集數據。下面給出了AD7671的采樣調試程序。