摘要：介紹了８通道24位Δ－∑型模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADS1216的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及原理，并以ADS1216用于海洋光學(xué)浮標(biāo)光學(xué)幅照度儀為例，給出了它和C8051F020之間的接口電路和程序流程圖，最后給出了ADS1216的一些使用要點(diǎn)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

    關(guān)鍵詞：ADS1216；SPI；Δ－∑；光學(xué)浮標(biāo)

    １ ＡＤＳ１２１６概述

    ＡＤＳ１２１６是Ｂｕｒｒ－Ｂｒｏｗｎ產(chǎn)品線中的一款新型、高精度、寬動(dòng)態(tài)范圍、Δ－∑型８通道２４位ＡＤＣ。它通過ＳＰＩ接口與外界進(jìn)行信息交換，具有２２位有效分辨率，工作電壓范圍為２．７Ｖ～５．２５Ｖ。該器件可以通過選擇內(nèi)部緩沖來提高阻抗，并可提供全量程電壓５０％的偏移校正，此外，ＡＤＳ１２１６還具有內(nèi)外兩種參考電壓供給方式。

    圖1

    ＡＤＳ１２１６主要應(yīng)用于工業(yè)過程控制、液態(tài)／氣態(tài)色譜儀、血液分析、智能變送器、便攜式儀器、壓力傳感器以及其它一些要求高精度、低功耗的測(cè)量?jī)x器中。ＡＤＳ１２１６的主要特點(diǎn)如下：

    ●低非線性度：０．００１５％；
    ●采用單周期轉(zhuǎn)換模式；
    ●功耗小于１ｍＷ；
    ●可配置為８路差分輸入；
    ●具有可編程增益放大器，Ｇ＝１時(shí)，可提供２２位有效分辨率； Ｇ＝ １２８時(shí)，可提供１９位有效分辨率；
    ●帶有ＳＰＩ通訊接口；
    ●數(shù)據(jù)輸出速率在１０Ｈｚ～１ｋＨｚ內(nèi)可編程；
    ●具有芯片自校準(zhǔn)功能。

    圖2

    ２ ＡＤＳ１２１６的結(jié)構(gòu)原理及寄存器功能

    ２．１ ＡＤＳ１２１６的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

    圖１所示為ＡＤＳ１２１６的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部主要引腳。ＡＤＳ１２１６內(nèi)部主要由模擬多路開關(guān)（ＭＵＸ）、輸入緩沖器（ＢＵＦ）、可編程增益放大器（ＰＧＡ）、二階Δ－∑調(diào)制器、可編程數(shù)字濾波器、微控制器、１６個(gè)狀態(tài)／控制寄存器、１２８字節(jié)ＲＡＭ、串行ＳＰＩ接口、兩個(gè)８位ＤＡＣ、內(nèi)部參考電壓產(chǎn)生器以及時(shí)鐘發(fā)生器等組成。其中，輸入多路選擇器（ＭＵＸ）主要用來提供八路模擬輸入差分組合。當(dāng)模擬輸入的通道１被選擇為正差分輸入通道時(shí)，其余的通道則可被選作負(fù)的差分輸入端。這樣，其共地端引腳ＡＩＮＣＯＭ就可以非常方便地實(shí)現(xiàn)八通道差分輸入。ＡＤＳ１２１６內(nèi)部還有一個(gè)二極管溫度傳感器，它是否工作可通過對(duì)內(nèi)部ＭＵＸ寄存器的配置來選擇。

    輸入緩沖器（ＢＵＦ）用于在信號(hào)通路中隔離開關(guān)電容器陣列與外部電路。在沒有輸入緩沖器時(shí)，ＡＤＳ１２１６的輸入阻抗為５ＭΩ，當(dāng)使用ＡＤＳ１２１６內(nèi)部緩沖器時(shí)，其輸入電壓的波動(dòng)減小，輸入電流增大。其內(nèi)部輸入緩沖器是通過ＢＵＦＦＥＲ引腳和內(nèi)部ＡＣＲ寄存器的ＢＵＦＦＥＲ位共同控制的。

    ＡＤＳ１２１６內(nèi)部的可編程增益放大器（ＰＧＡ）的放大倍數(shù)可以通過ＡＣＲ寄存器設(shè)定為１到１２８，增益步長(zhǎng)為２。

    ＡＤＳ１２１６內(nèi)部的調(diào)節(jié)器是一個(gè)二階Δ－∑系統(tǒng)。調(diào)節(jié)器以ｆＭＯＤ的頻率工作，ｆＭＯＤ時(shí)鐘頻率來自外部時(shí)鐘ｆＯＳＣ。頻率的分割來自設(shè)置寄存器（ＳＥＴＵＰ）的ＳＰＥＥＤ位。設(shè)計(jì)時(shí)，通過ＳＰＥＥＤ位為１或０可以將ｆＭＯＤ的頻率設(shè)置為ｆＯＳＣ／２５６或ｆＯＳＣ／１２８。

    通過數(shù)字濾波器可提高ＡＤＣ的轉(zhuǎn)換精度和分辨率。數(shù)字濾波有一定的建立時(shí)間。ＡＤＳ１２１６內(nèi)部可以分為快速建立、ｓｉｎｃ２或ｓｉｎｃ３三種濾波方式�？焖俜绞浇r(shí)間最短，但濾波精度也最低，而ｓｉｎｃ３的建立時(shí)間最長(zhǎng)，但濾波精度最高。

    ＡＤＳ１２１６提供有兩種參考電壓供給方式，上電默認(rèn)參考電壓是內(nèi)部２．５Ｖ。參考電壓的選擇可通過ＳＥＴＵＰ寄存器的設(shè)置來完成。內(nèi)部參考電壓可選擇１．２５Ｖ或２．５Ｖ。參考電壓輸出端應(yīng)該有一個(gè)０．１μＦ的電容接地。外部參考電壓是差動(dòng)輸入，輸入范圍為０～２．５Ｖ。通過ＡＤＳ１２１６的ＶＲＣＡＰ引腳可為內(nèi)部參考電壓提供一個(gè)旁路電容以濾除內(nèi)部參考電壓的噪聲，當(dāng)使用外部參考電壓時(shí)，該腳可以不連。

    圖3

    ＡＤＳ１２１６采用四線制（時(shí)鐘信號(hào)線ＳＣＬＫ、數(shù)據(jù)輸入線ＤＩＮ、數(shù)據(jù)輸出線ＤＯＵＴ以及片選線ＣＳ）ＳＰＩ通訊方式。ＳＰＩ的最大通信時(shí)鐘可達(dá)ｆｏｓｃ／４。ＡＤＳ１２１６只能工作在ＳＰＩ通