串行數據轉換器接口知識問(wèn)答

問(wèn)：我應該在什么時(shí)候選擇具有異步串行接口的數據轉換器?

答：異步通信方式允許設備之間交換信息，不必借助于時(shí)鐘。為了使用相同的數據格式 ，必須對設備初始化，其中包括設置一種傳輸速率(通常用波特率表示，或位數每秒)。還應 該規定轉換結果如何開(kāi)始傳送和結束傳送。我們使用容易識別的帶有起始位和停止位的數據 序列來(lái)傳送數據。傳送過(guò)程還包括奇偶校驗位，用來(lái)檢測設備出錯。

圖106示出了AD1B60數字化信號調節器與PC機異步通信端口之間的接線(xiàn)圖。這是一種3 線(xiàn)雙向接口(為了簡(jiǎn)明，地線(xiàn)省去未畫(huà))。應該注意發(fā)送線(xiàn)與接收線(xiàn)在線(xiàn)路的另一端位置交換 。

圖106 AD1B60與PC機之間的異步通信接口

異步通信線(xiàn)路對僅限于設備分散式通信應用場(chǎng)合是很有用的。因為在每次傳送中都包 括起始位和停止位，所以設備在任何時(shí)間只要輸出其數據就可以開(kāi)始通信。另外設備之間 的接線(xiàn)數目也減少了，因為時(shí)鐘和控制信號線(xiàn)都不需要了。

問(wèn)：有一種ADC產(chǎn)品說(shuō)明在串行接口中推薦使用非連續時(shí)鐘，為什么?

答：這種技術(shù)要求可能是指ADC在轉換過(guò)程期間要求其時(shí)鐘信號無(wú)效。有的ADC有這種要 求，因為連續的時(shí)鐘信號能夠饋送到ADC的模擬部分，反過(guò)來(lái)會(huì )影響轉換結果。如果I/O端 口有一個(gè)幀脈沖，那么連續的時(shí)鐘信號在轉換期間可能變成不連續。這個(gè)幀脈沖用作門(mén)控信 號，只有在數據傳遞時(shí)才允許將串行時(shí)鐘送到ADC。

問(wèn)：如何使設備與SPI或MICROWIRE接口標準兼容?

答：SPI(串行外圍接口)與MICROWIRE分別是美國摩托羅拉公司和國家半導體公司研制的 串行接口標準。大多數同步串行式數據轉換器都很容易與這兩種接口連接，但是在有些情況 下可能需要附加連接邏輯(glue logic)。

問(wèn)：好，我放棄偏見(jiàn)，在我的當前設計中決定使用串行ADC。我按照產(chǎn)品說(shuō)明的技術(shù)要求 剛剛把線(xiàn)路接好。當用MICROWIRE標準轉換結果時(shí)，ADC的輸出好像總是FFF HEX (不論 模擬輸入電壓如何變化)，這是怎么回事?

答：這或許是通信問(wèn)題。首先我們需要檢查ADC與處理器之間的連接問(wèn)題，即定時(shí)和控制 信號線(xiàn)是否接好。我們還需要檢查一下處理器的中斷結構。與時(shí)序有關(guān)的可能誤差有許多。你要想檢查這個(gè)問(wèn)題，首先將所有的時(shí)序信號要么接到邏輯分析儀上，要么接到多通道示波 器 上(至少需要3個(gè)通道才能同時(shí)檢測全部時(shí)序信號)。你在儀器的熒光屏上應該觀(guān)察到類(lèi)似圖1 0.7所示的時(shí)序圖。首先保證從微處理器或從獨立的信號源產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)轉換命令CONVST) 。常見(jiàn)的錯誤是所施加的CONVST信號極性不對。雖然也能啟動(dòng)轉換，但不是按照你期望的時(shí) 序轉 換 。另外應該記住的是，通常要求CONVST信號有一個(gè)最小的脈沖寬度(典型值約為50ns)。一般 來(lái)自快速微處理器的寫(xiě)脈沖或讀脈沖寬度都不能滿(mǎn)足這個(gè)要求。如果脈沖寬度太窄，可用軟 件方法插入等待周期來(lái)增大脈沖寬度。

圖107 串行ADC時(shí)序圖

其次應該保證在讀周期開(kāi)始之前微處理器一直在等待模數轉換完成。為了使微處理器產(chǎn) 生中斷信號，你的應用軟件應該知道完成A/D轉換所需要的時(shí)間，或等待ADC轉換結束(EOC) 發(fā)出的指示信號。還要保證EOC信號極性正確，以免ADC在轉換進(jìn)程中會(huì )產(chǎn)生中斷。如果微處 理器對中斷不響應，你應該檢查軟件中斷的設置。

另外，如果轉換器尋址不對，檢查一下串行時(shí)鐘序列(SCLK)的狀態(tài)也是很有必要的。正 如 前面的討論所述，有些DAC和ADC在連續時(shí)鐘作用下，工作不正常。除此以外，還有些DAC和A DC要求SCLK在某一指定狀態(tài)總得有一個(gè)閑音(idles)。

問(wèn)：我現在已經(jīng)發(fā)現了我的軟件中的問(wèn)題和一些解決方法，使問(wèn)題有所改善。當改變輸 入電壓時(shí)，ADC輸出的數據也發(fā)生變化，但是轉換結果好像不可識別，這是怎么回事?

答：可能產(chǎn)生的誤差源仍然很多。ADC的轉換結果或者直接用二進(jìn)制數據形式表示，或者 用2的補碼形式表示(BCD碼用得不太多)。為了使微處理器接受合適的數據格式，應該檢查它 的配置。如果微處理器的配置不能直接接受2的補碼，你應該將轉換數據與100…00二進(jìn)制數 進(jìn)行異或操作，將其轉換成二進(jìn)制數。

通常利用串行時(shí)鐘的前沿(上升或下降沿)選通ADC的數據輸出并且進(jìn)入數據總線(xiàn)。然后 利用時(shí)鐘的后沿使數據進(jìn)入微處理器。應該保證微處理器與ADC在同一轉換條件下正常工作 ，保證所有準備時(shí)間和保持時(shí)間都滿(mǎn)足要求。如果串行ADC的轉換結果恰好是期望值的一半 或二 倍時(shí)，這是一個(gè)告警信號，它說(shuō)明這個(gè)數字結果(尤其是MSB)是由于受錯誤的時(shí)鐘邊沿作用 。同樣一個(gè)問(wèn)題，對于串行DAC則表現為其輸出電壓恰好為期望值的一半或二倍。

驅動(dòng)轉換器的數字信號應該干凈。過(guò)沖或欠沖除對器件可能引起長(cháng)期損壞以外，還能產(chǎn) 生轉換誤差和通信誤差。圖108示出了用來(lái)驅動(dòng)單電源轉換器的時(shí)鐘輸入 具 有很大過(guò)沖的尖脈沖信號。在這種情況下，時(shí)鐘輸入驅動(dòng)PNP晶體管的基極。按照慣例，將 器件的P型襯底內部連接到最負的電位，這里為地。在SCLK線(xiàn)上大于地電位以下03V的幅度 完 全能使N型晶體管的基極和P型襯底之間的寄生二極管開(kāi)始導通。如果經(jīng)常出現這種情況，而 且作用時(shí)間很長(cháng)，可能會(huì )導致器件損壞。

圖108 過(guò)沖或欠沖波形及其損壞器件的機理