ADC08038是8位逐次逼近A/D转换器,具有串行I/O和最多8个通道的可配置输入多路复用器。串行I/O配置为符合NSC Microwire串行数据交换标准,便于与COPS系列控制器接口,并可方便地与标准移位寄存器或微处理器接口。跟踪/保持功能允许模拟电压为正,输入在实际A/D转换期间变化。模拟输入可以配置为以单端、差分或伪差分模式的各种组合工作。此外,输入电压跨度小到1V可以容纳。
ADC08038功能描述
1.0多路复用器寻址
这些转换器的设计采用了一个内置采样保持的比较器结构,该结构提供一个差分模拟输入,由一个成功的近似程序进行转换。
实际转换的电压始终是指定的“+”输入端子和“-”输入端子之间的差值。每对输入端子的极性表示转换器期望的最正极的线路。如果指定的“+”输入电压小于“-”输入电压,则转换器将以全零输出代码响应。
一种独特的输入多路复用方案被用来为多个模拟信道提供软件可配置的单端、差分或伪差分(它将转换任何模拟输入和公共终端的电压差)操作。这种输入灵活性大大简化了基于传感器的数据采集系统所需的模拟信号调节。现在,一个转换器包可以处理接地参考输入和真差分输入以及具有任意参考电压的信号。
在开始转换之前,在mux寻址序列期间分配特定的输入配置。MUX地址选择模拟输入,由于输入配置受软件控制,因此可以在每次转换之前根据需要进行修改。一个通道可以被视为一个转换的单端接地参考输入;然后它可以被重新配置为另一个转换的差分通道的一部分。图1说明了可以实现的输入灵活性。每个通道的模拟输入电压可以从地面以下50mV到VCC以上50mV(通常为5V),而不会降低转换精度。
2.0数字接口
这些转换器的一个最重要的特点是它们与控制处理器的串行数据链路。使用串行通信格式提供了两个非常重要的系统改进;它允许许多功能包含在一个小软件包中,并且它可以通过将转换器定位在模拟传感器上来消除低电平模拟信号的传输;传输高噪声抗干扰的将gital数据返回到主机处理器。
要了解这些转换器的操作,最好参考时序图和功能框图,并遵循完整的转换顺序。为了清楚起见,为每个设备显示了单独的时序图。
(1)、通过将CS(芯片选择)线拉低来启动转换。在整个转换过程中,此行必须保持低位。转换器现在正在等待开始位及其mux赋值字。
(2)、在时钟的每个上升沿上,(DI)行中的数据的状态被计时到MUX地址移位寄存器中。起始位是此行出现的第一个逻辑“1”(忽略所有前导零)。在起始位之后,转换器期望接下来的2到4位是mux赋值字。
(3)、当起始位移到MUX寄存器的起始位置时,输入通道已被分配,转换即将开始。自动插入1/2时钟周期的间隔(在没有发生任何事情的情况下),以允许选定的mux信道稳定。此时,sars线变高,表示正在进行转换,di线被禁用(不再接受数据)。
(4)、数据输出(do)线现在脱离三态,并为mux的这一个时钟周期提供前导零。
(5)、 在转换过程中,sar比较器的输出指示模拟输入是否大于(高)或小于(低)由ratioed电容阵列(前5位)和电阻阶梯(后3位)内部产生的一系列连续电压。在每次比较之后,比较器的输出被发送到clk下降沿上的do行。此数据是转换被移出(首先是msb)的结果,处理器可以立即读取。
(6)、在8个时钟周期之后,转换完成。sars线返回低位,以指示稍后的/[2][3]时钟周期。
(7)、逐次逼近寄存器中存储的数据被加载到内部移位寄存器中。如果程序员愿意,可以以lsb第一格式提供数据[这利用了换档启用(SE)控制线]。论ADC08038 SE线引出,如果保持高电平,则LSB值在DO线上保持有效。什么时候?SE被强制调低数据首先被LSB打卡。关于de不包括SE控制线的设备,数据,首先是LSB,会自动在msb第一个数据流之后移出do行。然后do线变低一直保持低位直到cs返回高位。ADC08031是一个例外,因为其数据仅以msb first格式输出。
(8)、当CS线路高且满足Tselect要求时,清除所有内部寄存器。请参见“时序图”下的“数据输入时序”。如果另一个转换为de-sired cs必须进行一个从高到低的转换,然后是地址信息。di和do线可以捆绑在一起,并通过一根线的双向处理器i/o位进行控制。这是可能的,因为di输入仅在mux寻址间隔期间被“观察”,而do线仍处于高阻抗状态。
3.0参考因素
施加在这些转换器的参考输入上的电压vrefin定义了模拟输入的电压范围(车辆识别号(最大)和车辆识别号(最小)之间的差异,在此差异上,256个可能的输出代码适用。这种装置既可用于比率测量应用,也可用于要求绝对精度的系统。参考引脚必须连接到能够驱动参考输入电阻(低至1.3KΩ)的电压源。该管脚是用于逐次逼近转换的电阻分压器串和电容器阵列的顶部。
在比率测量系统中,模拟输入电压与A/D参考电压成正比。该电压通常是系统电源,因此VREFin引脚可以连接到VCC。当模拟输入和A/D参考同时移动时,该技术放宽了系统参考的稳定性要求,在给定的输入条件下保持相同的输出代码。
对于绝对精度,当模拟输入在非常特定的电压限制之间变化时,可以使用时间和温度稳定的电压源对参考管脚进行偏置。对于ADC08034和ADC08038,2.6V(注8)的带隙基准电压与VREFOUT相连。这可以绑定到vrefin。建议使用100μF电容器绕过Vrefout。LM385和LM336参考二极管是与这些转换器一起使用的良好的低电流器件。
参考电压的最大值仅限于VCC电源电压。然而,最小值可以非常小(见典型性能特征),以允许传感器输出的直接转换,提供小于5V的输出跨度。由于转换器的灵敏度增加(1lsb等于vref/256),因此在以减小的跨度运行时,必须特别注意噪声拾取、电路布局和系统误差电压源。
4.0模拟输入
这些转换器最重要的特点是,它们可以位于模拟信号源,通过几根电线就可以与具有高抗噪声串行位流的控制处理器通信。这本身极大地减少了电路,以保持模拟信号的准确性,否则最容易受到噪声拾取。然而,对于模拟输入,如果输入开始时有噪声或可能有噪声,则有几个字是正确的骑在一个大的共模电压。
这些转换器的差分输入实际上减少了共模输入噪声的影响,共模输入噪声是一种信号,对于一个转换来说,对所选的“+”和“-”输入都是公共的(60赫兹是最典型的)。采样“+”输入和“-”输入之间的时间间隔是时钟周期的/2。在此短时间间隔内,共模电压的变化会导致转换错误。对于正弦共模信号,该误差为:
其中fcm是共模信号的频率,Vpeak是其峰值电压值,Fclk是A/D时钟频率。
为了使60Hz共模信号在转换器以250kHz运行时产生/4 LSB误差(≈5mV),其峰值必须为6.63V,当其超过最大模拟输入限值时,该值将大于允许值。
源电阻限制对于输入多路复用器的直流泄漏电流很重要。如果电源电阻大于1kΩ,则不应使用旁路电容器。最坏情况下,温度超过±1微安的泄漏电流将产生1kΩ源电阻的1MV输入误差。如果需要高阻抗信号源,运放rc有源低通滤波器可以提供阻抗缓冲和噪声滤波。
5.0可选调整
5.1零误差
A/D的零点不需要调整。如果最小模拟输入电压值vin(min)未接地,则可以进行零偏移。通过在该车辆识别号(最小)值处偏置任何车辆识别号(负极)输入,转换器可以输出该最小输入电压的0000 0000数字代码。这利用了A/D的差模操作。
A/D转换器的零误差与传递函数的第一个提升管的位置有关,可以通过将车辆识别号(-)输入接地并对车辆识别号(vin)输入施加小幅度正电压来测量。零误差是仅使输出数字代码从0000转换到0000 0001所需的实际直流输入电压与理想/2 LSB值(/2 LSB)之间的差值=11 VREF=5.000VDC时为9.8MV)。
5.2满标度
满标度调整可通过施加差分输入电压(从所需模拟满标度电压范围降低1/2lsb)来进行,然后调整刚刚从1111110变为1111111的数字输出代码的vrefin输入的大小。1
5.3调整任意模拟输入电压范围
如果A/D的模拟零电压从地面移开(例如,为了适应不接地的模拟输入信号),则应首先正确调整新的零参考。将等于所需零参考电压加上/2 LSB(其中,使用1 LSB=模拟量距/256计算所需模拟量距的LSB)的车辆识别号(+)电压应用于所选“+”输入,然后应调整相应“-”输入处的零参考电压,以获得00Hex到01Hex的代码转换。应[在施加适当的车辆识别号(-)电压]的情况下,对车辆识别号(-)输入施加一个电压,该电压由以下给出: