高速AD7654转换器及其在存储测试系统中的应用

摘要：为了研制应用于跌落试验等环境试验的存储测试系统，利用高速A/D转换芯片ad7654结合SoC片上系统C8051F340逻辑时序控制的方法来实现200 KSPS采样速率的系统指标要求。AD7654是AD公司推出的一款低功耗、四通道、电荷再分布式、16位500 KSPS高速A/D转换器。在此介绍了AD7654的主要特点、工作原理和逻辑时序，并为了实现并行存储测试的实际需要，设计了AD7654与SoC片上系统以及非易失性存储器的接口电路，并给出相应了相应的A/D中断服务程序。该提供的方法对类似的项目有一定参考价值。

关键词：AD7654; 高速A/D转换器; 存储测试系统； SoC

中图分类号：TN79234文献标识码：A文章编号：1004373X(2012)04015603

Highspeed AD7654 converter and its application in storage testing system

ZHANG Yi

(Institute of Systems Engineering, CAEP, Miayang 621900, China)

Abstract： To develop the storage testing system applied to the drop test, the highspeed AD conversion chip AD7654 is used to satisfy the system demand of 200 KSPS sampling rate, which controlled by SOC (system on chip) C8051F340. AD7654 is a low power, 4channel, charge redistribution SAR, 16bit, 500 KSPS highspeed ADC produced by the Analog Device Company. The main features, operation principle, temporal logic of the AD7654 are introduced. The interface circuits of AD7654 connecting with system on chip and nonvolatile memory devices are designed. The AD interrupt service programs are produced. This method has some reference merit to similar subjects.

Keywords： AD7654; highspeed ADC; storage testing system; SoC

收稿日期：20110926

基金项目：中物院创新发展基金（10CXJ10）0引言

存储测试技术在跌落、侵彻等环境试验中有重要意义，它克服了电缆引线测试方法的主要缺点，并具有抗干扰性强、操作安装简便等优点。为实现双通道同步采样，且采样频率可达200 KSPS、存储时间10 s的存储测试系统，在此选择了ADC7654高速转换芯片，并设计了基于16位高速转换器AD7654和C8051F340的并行数据转换存储电路。

1AD7654 的性能特点和管脚说明

AD7654是16位分辨率、采样速率可达500 kS/S的高速A/D转换器［1］，其封装方式有48脚LQFP和LFCSP两种，有关引脚说明见表1。它的主要特点是:16位分辨率无漏失码；0～5 V模拟输入范围；3/5 V串/并行接口；4通道，具有2个允许同步采样的低噪音、高带宽跟踪/保持放大；低功耗，10 KSPS时2.6 mW，典型值仅为120 mW；SPI/QSPI/Microwire/DSP兼容；具有内部转换时钟、错误校准电路，给予用户灵活的选择［25］。

2AD7654与C8051F340的接口电路设计

为实现双通道同步采样，选择48 MIPS的高速SoC片上系统C8051F340进行逻辑时序控制，外部存储器选择非易失性高速并行FRAM存储器M28W640，其结构为4 Mb×16 b。接口电路见图1。

图1中，C8051F340的P0口分配给A/D转换器及其设备的控制端。其中P0.0连接CNVST,P0.1连接A/D转换器A/B端，P0.2连接A/D转换器的Busy端，用做外部中断源。P1.0~P1.7连接8位数据端口,P2.0~P4.5共22根地址线，用来给4 MWord的外存储器寻址［68］。

转换电路设计时，选择INA1/INB1同步采样，并口低字节输出在D［7:0］位、高字节输出在D［15:8］位，工作于非脉冲模式，相应的A0,BYTESWAP,SER/PAR、IMPULSE端口置“0”，数字输出D0(D15连接到外部存储器M28W640的数据输入端口DQ1~DQ15。

图1AD接口电路表1AD7654管脚性能

名称功能A0多路开关选择。A0=0，INA1/INB1同时采样；A0=1，INA2/INB2同时采样。A/B数据通道选择。并行模式下，A/B=0，从通道B读数，A/B=1，从通道A读数；串行模式下，A/B=1，先从通道A读数，通道B随A后。A/B=0，反之。BYTESWAP并行模式选择（8位或16位）。当BYTESWAP=0，低字节输出在D［7:0］位，高字节输出在D［15:8］位；当BYTESWAP=1，反之。IMPULSE模式选择。IMPULSE=1，此模式下电源损耗正比与采样速率。SER/PAR串/并口选择输入。SER/PAR=0，选择并口；SER/PAR=1，选择串口。BUSY忙输出。当转换开始时置高，且保持至两个转换结束，数据锁存进移位寄存器。其下降沿可被用做数据准备时钟信号。EOC转换结束标志，每通道转换结束后置“0”。RD读数。当CS=0，RD=0时，串行或并行输出总线使能。RESET复位置“1”，任何时候可强制转换停止，此脚不用时应该接数字地。PD降电输入。将PD置“1”，电源功耗降低，且当前转换结束后转换被阻止。CNVST开始转换标志。下降沿将内部采样保持电路置保持态且初始一个转换。在脉冲模式下，IMPULSE =1，若CNVST保持“0”，当一个采样周期结束，内部采样保持置保持状态，且立即开始一次转换。CS片选

3A/D工作时序分析

下面分析转换过程的时序，见图2。

CNVST控制着转换过程，独立于RD和CS信号。由它启动转换，一旦启动在转换结束前，即使在掉电转换都不会重新开始或终止，直到一次转换结束。由图可见，在转换进行过程中，一旦转换开始Busy变为高电平，EOC也变为高电平，EOC在每一个通道转换结束变为低电平，而Busy线在两个通道转换全部结束后才变为低电平。

芯片的A/B输入控制着将通道A（INA）或将通道B（INB）的转换结果传输到数据总线上，其时序见图3。当A/B置“1”，数据总线上是通道A的数据，反之是通道B的数据。当转换结束（EOC=0），通道A可以立即被读出，而通道B仍然处于转换周期内。然而在任何一种串行读模式下，通道A的数据仅仅在通道B转换完毕后才能被更新。

图2基本转换时序结合以上分析，AD7654工作在并行从模式下，AD7654上所有电源和地之间都要连接去耦电容器。A/D转换时钟通过C8051F340的可编程计数器PCA0输出控制，在CNVST端口产生一个宽度大于5 ns负脉冲的周期频率信号，其频率由上位机在采样参数设置里设置好，该脉冲下降沿就可启动ADC开始转换，转换时间约为2 μs。当转换结束时，Busy引脚上的信号就会变为低电平，从而告之微处理器可以开始启动A/D转换中断程序，读取转换数据。转换启动后每完成一个通道转换，EOC由高电平转变成低电平，通过控制A/B端口分别将通道1和通道2的转换结果输出并存入外存。AD7654的片选信号CS和输出信号RD由控制板卡产生的下降沿触发信号控制。系统上电后两通道立即开始同步采样转换，并采用循环存储、转换即存的方式，即启动A/D转换中断服务程序，将转换结果直接写入外部非易失性存储器中，当外部触发源产生一下降沿触发信号时，并行输出总线使能，存储有效信号。

图3 A/B通道读 4AD转换中断服务程序

由于AD7654启动1次转换，同时采样2个通道的16 b数据，并通过A/B控制将2通道转换结果分别送到数据总线上，偶数地址存通道1数据，奇数地址存通道2地址。数据存储上，寻址需要22根地址线，分别占用了C8051F340的P2，P3，P4（后6位）I/O接口，外存储器通过片选E来控制写操作，接P4.7口，输出G接P4.6口，并通过与非门接W。将W持续置低电平，当E的下降沿时将数据写入存储器中。根据接口电路和时序，编辑A/D转换中断服务程序，每当Busy由高电平跳变到低电平时启动中断程序，将双通道转换结果分别写入外部存储器,以下部分是转换中断服务程序［910］。

5结语

本文针对实际需求，设计了双通道同步采集存储测试系统以高速转换芯片AD7654为重点，介绍了接口电路和中断转换程序。该设计由SoC片上系统单独控制采样存储时序，板卡可独立工作，便于单卡调试及多卡级联，向多通道存储测试方向进行拓展，对这类技术有一定的参考价值，并为了增加存储测试技术的应用范围及工程适用性打下了良好基础。

参考文献

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