microchip公司的mcp3421與其他a/d轉(zhuǎn)換器相比，特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：全差分輸入；18位分辨率；精密的連續(xù)自校準(zhǔn)功能；可選擇3.75、15、60或240 sps采樣速率進(jìn)行轉(zhuǎn)換；可工作在連續(xù)轉(zhuǎn)換或單次轉(zhuǎn)換模式，在單次轉(zhuǎn)換后的空閑期內(nèi)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)模式，極大地減小了電流消耗；內(nèi)部集成2.048 v±0.05%精度，且溫度漂移僅為5 ppm/℃的基準(zhǔn)電壓源；可編程增益放大器（pga）提供1/2/4/8倍增益，允許測(cè)量極小的信號(hào)并且具有很高的分辨率；內(nèi)部集成振蕩器電路并提供i2c串行接口等。

1 mcp3421封裝形式與結(jié)構(gòu)
　　
mcp3421是microchip公司δ-σa/d轉(zhuǎn)換器系列的一款18位分辨率器件，采用sot236封裝。圖1為mcp342引腳分布圖，各引腳的功能如表1所列。mcp342內(nèi)部采用了microchip專(zhuān)利的差分開(kāi)關(guān)電容δ-σ轉(zhuǎn)換及數(shù)字濾波技術(shù)，專(zhuān)為需要高分辨率和低功耗的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。在這種應(yīng)用中，空間和低功耗是設(shè)計(jì)的首要考慮因素。mcp3421可在2.7～5.5v單電源下電壓工作，并消耗很低的電流。在vdd=3 v、單次轉(zhuǎn)換、1 sps條件下，電流消耗僅為39 μa（典型值）。其內(nèi)部功能框圖略——編者注。

2 mcp3421的工作原理
　　
mcp3421為一個(gè)全差分、18位分辨率且具有自校正功能的δ-σa/d轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部?jī)?nèi)部包括δσa/d轉(zhuǎn)換器、可編程增益放大器（pga）、時(shí)鐘振蕩器和i2c串行接口，以及2.048 v電壓基準(zhǔn)源5部分。mcp3421設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、極易配置，允許設(shè)計(jì)工程師通過(guò)最小配置獲得精確的測(cè)量結(jié)果。

2.1 δ-σa/d轉(zhuǎn)換器
　　
mcp3421 δ-σa/d轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)差分開(kāi)關(guān)電容δσ調(diào)制器和一個(gè)數(shù)字濾波器。調(diào)制器測(cè)量差分模擬輸入電壓（經(jīng)內(nèi)部pga放大），并將其與內(nèi)部電壓基準(zhǔn)相比較。mcp3421內(nèi)部集成了2.048 v電壓基準(zhǔn)。數(shù)字濾波器從調(diào)制器接收到高速數(shù)據(jù)流，經(jīng)數(shù)字濾波器處理后輸出一個(gè)數(shù)字代碼。mcp3421輸出的數(shù)字代碼是pga增益、輸入信號(hào)和內(nèi)部電壓基準(zhǔn)的函數(shù)。在固定配置下，輸出數(shù)字代碼與兩個(gè)模擬輸入引腳間的電壓差成正比。輸出代碼限定在一定的數(shù)目范圍內(nèi)，該范圍取決于代表輸出碼所需的位數(shù)，同時(shí)也與采用的轉(zhuǎn)換速率有關(guān)，如表2所列。

mcp3421輸出代碼采用二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式，最大的n位代碼為2n-1，而最小的n位代碼為-2n-1。mcp3421輸出的所有代碼均右對(duì)齊，并且經(jīng)過(guò)符號(hào)擴(kuò)展。不同轉(zhuǎn)換模式下輸出代碼的格式如表3所列。

2.2 時(shí)鐘振蕩器
　　
mcp3421內(nèi)部包括時(shí)鐘振蕩器，該時(shí)鐘電路驅(qū)動(dòng)δσ調(diào)制器和數(shù)字濾波器工作。用戶(hù)可通過(guò)設(shè)置配置寄存器來(lái)選擇mcp3421的采樣速率為3.75、15、60或240 sps。mcp3421不能采用外部調(diào)制器輸入時(shí)鐘。

2.3 自校準(zhǔn)
　　
mcp3421集成了自校準(zhǔn)電路。自校準(zhǔn)系統(tǒng)連續(xù)工作并不需要用戶(hù)干涉。mcp3421在每次轉(zhuǎn)換時(shí)進(jìn)行失調(diào)電壓和增益的自校準(zhǔn)。這樣在溫度和電源電壓變化時(shí)仍可提供可靠的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

2.4 i2c串行接口
　　
mcp3421通過(guò)i2c串行接口與主機(jī)進(jìn)行通信。mcp3421只能作為從器件，并提供8個(gè)可選i2c地址。mcp3421的i2c接口支持標(biāo)準(zhǔn)（100 kbps）、快速（400 kbps）和高速（3.4 mbps）三種模式，且與i2c總線(xiàn)協(xié)議完全兼容。
　　
用戶(hù)可通過(guò)i2c接口讀/寫(xiě)mcp3421內(nèi)的配置寄存器，進(jìn)而改變器件的工作模式并查詢(xún)器件的工作狀態(tài)。同時(shí)，i2c接口也用于讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)代碼。設(shè)置配置寄存器的時(shí)序圖和18位模式下從mcp3421讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的時(shí)序圖略——編者注。

3 mcp3421的應(yīng)用
　　
mcp3421可廣泛應(yīng)用于各種需要低功耗和高精度a/d轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)中，例如基于熱電偶或熱電阻的溫度測(cè)量，壓力或流量的測(cè)量等。mcp3421在這些應(yīng)用電路中連接非常簡(jiǎn)單。下面簡(jiǎn)單介紹mcp3421的應(yīng)用和連接。

3.1 與單片機(jī)的連接
　　
mcp3421與具有i2c接口的單片機(jī)的連接方式非常簡(jiǎn)單。圖2所示的單片機(jī)測(cè)量系統(tǒng)中，mcp3421與其他器件（eeprom、溫度傳感器）等共享i2c總線(xiàn)，并可以標(biāo)準(zhǔn)、快速或高速三種模式與單片機(jī)進(jìn)行通信。由于i2c總線(xiàn)是一種漏極開(kāi)路驅(qū)動(dòng)，所以scl和sda線(xiàn)都需要上拉電阻。上拉電阻的大小取決于總線(xiàn)的工作速率和總線(xiàn)電容。

　　3.2 輸入端連接
　　
mcp3421提供全差分輸入。外部輸入信號(hào)可連接到vin+和vin輸入引腳。差分輸入電壓vin（vin+-vin）被pga放大后經(jīng)δ-σ調(diào)制器轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼。mcp3421的輸入引腳不能連接負(fù)輸入電壓。mcp3421差分輸入和單端輸入的連接如圖3所示。在單端輸入時(shí)，vin引腳連接到地，此時(shí)輸入信號(hào)范圍為0～2.048 v。

3.3 mcp3421與熱電偶連接
　　
mcp3421可以與各種不同的傳感器進(jìn)行接口。圖4為熱電偶溫度變送器的系統(tǒng)框圖。由于mcp3421內(nèi)部具有最高達(dá)8倍的pga增益和2.048 v的電壓基準(zhǔn)，因而可以直接與k型等熱電偶連接。溫度補(bǔ)償通過(guò)采用外部的