高精度AD转换器LTC1606

介绍了一种高精度单通道16位并行输出A/D转换器LTC1606的功能特点和工作过程,给出了LTC1606与DSP芯片TMS320LF2406A的硬件接口方法以及和数据采集相关的主要汇编源程序。

关键词:LTC1606 DSP 数据采集

1 LTC1606的主要特点

LTC1606是LINEAR公司生产的具有采样保持功能的16位高速ADC。该ADC分辨率高,采样速率高、功耗小,可在高精度的数据采集系统中广泛应用。其主要特点如下:

含有16位采样保持功能的模数转换器;

250kHz采样速率,信噪比达90dB;

信号输入范围为±10V;

采用单5V电源供电,典型功耗为75mW;

片内自带基准源,也可以外接基准源;

片内自带同步时钟;

采用28脚SSOP封装;

带有和MCU兼容的16位并行输出端口。

2 LTC1606的引脚介绍及使用说明

2.1 LTC1606的引脚介绍

LTC1606的引脚排列图如图1所示,各引脚功能及使用说明如下:

VIN:模拟量输入端,使用时应通过200Ω的电阻连接到需转换的模拟输入,满量程为±10V;

AGND1、AGND2:模拟地;

REF:2.5V基准源输入端,通常接2.2μF的旁路钽电容,也可以接外部基准源;

CAP:基准缓冲输出,应接10μF电容旁路到地;

D15~D8:三态数据输出端,当CS为高或R/C 为低时,输出为高阻态;

DGND:数字地;

D7~D0:三态数据输出端,当CS为高或R/C 为低时,输出为高阻态;

BYTE:字节选择端,当BYTE端接低电平时,D15~D0按16位并行输出数据;当BYTE端接高电平时,高8位和低8位分两次并行输出;

R/ C:Read/Convert输入端,当CS为低时,在 R/ C端的下降沿启动采样保持器并进行模数转换,并在R/ C的上升沿将使能数据输出;

CS:片选端,当R/ C为低时,在CS引脚的下降沿启动模数转换,当R/C 为高时,在CS引脚的下降沿使能数据输出;

BUSY:模数转换状态输出引脚。当进行模数转换时,该引脚输出低电平,当BUSY端产生一上升沿时,表示模数转换结束,数据输出端有效。当BUSY产生上升沿时,CS和R/ C必须为高;

VANA:模拟5V电源输入端,接0.1μF的陶瓷电容和10μF的钽电容旁路到地;

VDIG:数字5V电源输入端,使用时接到VANA。

2.2 A/D转换的启动和数据读取

LTC1606在CS和R/ C脚的共同作用下,可在下述两种情况下开始一次A/D转换:一是当R/ C脚为低电平时,将在CS引脚的脉冲下降沿启动一次A/D转换。该负跳变脉冲至少应持续40ns,且最大脉冲宽度应不超过6μs。二是当CS引脚为低电平时,可在R/ C脚的脉冲下降沿启动一次A/D转换。这种方式对负跳变脉冲的要求与第一种情况相同。

在一次A/D转换启动后,BUSY脚将变为低电平并保持直至本次转换完成。当BUSY为低时,新的转换命令将不起作用。应注意的是,在BUSY变高之前,R/ C和CS必须变为高,否则将启动一次无效的转换过程。

LTC1606的转换结果以二进制补码的形式并行输出。转换结果可按字16位 读取,也可按字节8位 分两次读取。在一次转换完成之后,转换结果送入输出寄存器锁存。当且仅当R/ C为高电平而CS为低电乎时,转换结果才能被读取。

芯片转换结果输出线的高字节和低字节的位置可用BYTE脚电平的变化加以改变,这样LTC1606芯片与16位数据总线和8位数据总线的微处理器均能接口,可满足不同的应用场合,从而使LTC1606具有较广的应用范围。

3 高精度数据采集电路设计

TMS320LF240x是德州仪器(TI)公司推出的基于C2xLP 16位定点低功耗的数字信号处理器系列,该系列可用于各种数字伺服控制和嵌入式控制系统。240x系列DSP芯片除具有DSP芯片共有的速度快的特点外,最大的特点是片上集成了大量的资源,主要包括双存取RAM以及FLASH和两个事件管理模块EVA、EVB,在事件管理模块中主要有以下功能模块:定时器、PWM信号发生器、CAN现场总线接口、SCI串行通信接口、看门狗定时器以及通用的双向数字I/O端口等。

笔者在研究海洋重力传感器的信号提取过程中,为了实现高精度的信号采集进行了大量的数据处理运算,并且以此为基础实现了伺服控制。应用时采用TMS320LF2407A作为这个系统的主控芯片,通过LTC1606实现对模拟信号的采集和模数转换,图2所示为数据采集部分的电路原理图。

在图2所示的电路中,在5V供电的LTC1606和3.3V供电的TMS320LF2407A之间加上了两片16位的总线驱动器。这样,LTC1606接地可使其工作在16位并行输出方式下,这样可以很方便地实现和16位DSP的接口设计。为使LTC1606的控制逻辑变得比较简单,可将CS接地。在这种情况下,如果R/ C引脚变低,LTC1606将对输入信号进行采样保持,并开始模数转换。而在模数转换过程中,BUSY将变低,直到转换结束,此时微处理器将从LTC1606的数据端口读出模数转换结果。

在用DSP对LTC1606进行控制时,可用DSP的一次“假写”操作将WE引脚置低,并使LTC1606 R/ C引脚变低,从而启动LTC1606进行模数转换。在转换结束时,再由状态引脚BUSY的上升沿信号产生DSP的外部中断XINT1所需的中断源信号,从而在DSP的中断程序中读出模数转换结果,并进行相应处理,然后启动下一次模数转换。值得注意的是,TMS320LF2407A的XINT1外部中断的极性是可编程的,在该系统中,必须将其编程为上升沿触发。