內含低噪聲可編程增益放大器的24位∑-Δ模數轉換器AD1555/AD1556

AD1555 是一種過(guò)抽樣∑-Δ調整器，它內含一個(gè)可編程增益放大器（programmable gain amplifier,PGA）可用于低頻、大動(dòng)態(tài)范圍的測量領(lǐng)域，該器件在技術(shù)上采用模擬輸入線(xiàn)性輸出方式，它與AD1556數字濾波器/抽樣器結合使用可構成一款高性能的模數轉換器。由于使用了連續時(shí)間模擬調制器，因此，它們不需要外部去階梯濾波器。此外，采用可編程增益前后簡(jiǎn)化系統的設計方法還擴大了動(dòng)態(tài)范圍，減小了電路板的面積。同時(shí)低功耗和備用模擬的采用更使得AD1555在電池供電數據采集系統中成為理想的應用選擇。

AD1555是一種采用BICMOS器件。它是一種高性能的雙極CMOS晶體管組成的模擬器件。AD1555和AD1556分別采用28腳和44腳封裝。

2 引腳功能

AD1555和AD1556的引腳排列如圖1所示。   

      2.1 AD1555的引腳定義

       AD1555的引腳定義如下：

AGND1（1腳）：模擬地；

PGAOUT（2腳）：可編程增益放大器輸出；

+VA：（3，26腳）：模擬電源電壓正端，額定值為+5V；

-VA：（4，20，21腳）：模擬電源電壓負端，額定值為-5V；

AIN（+）（5腳）：多路復合輸入，用于輸入PGA多路復合輸入的非逆變信號；

AIN（-）（6腳）：多路復合輸入，用于輸入PGA多路復合輸入的逆變信號；

TIN（+）（7腳）：多路復合輸入，用于輸入PGA多路復合輸入的逆變檢測信號；

TIN（-）（8腳）：多路復合輸入，用于輸入PGA多路復合輸入的非逆變檢測信號；

NC（9腳）：工廠(chǎng)自定義管腳。在正常使用狀態(tài)下該引腳懸空；

CB0～CB4 （10～14腳）：調整器控制端。這些引腳可用于控制AD1555的多路復合選擇、PGA的增益設定以及備用模式。當AD1555和AD1556一起使用時(shí)，這些引腳一般直接和AD1556的CB0～CB4輸出引腳相連接。CB0～CB2主要用來(lái)設定PGA增益或進(jìn)入備用模式。CB3，CB4主要用來(lái)選擇 PGA的多路復合輸入電壓；

MFLG（15腳）：調制器的錯誤位，有越界信號時(shí)為高電平；

DGND（16腳）：數字地；

MDATA（17腳）：調制器的輸出口，輸出的位流信號在大約0.5個(gè)MCLK周期內有效；

MCLK（18腳）：時(shí)鐘輸入信號，約為256Hz，當AD1555處于掉電狀態(tài)時(shí)，MCLK保持不變。

AGND3（22腳）：模擬地，作為REFIN引腳的參考地；

REFCAP1（23腳）：DAC參考濾波器，為調制器提供參考輸入，在REFCAP1和AGND3間連接一個(gè)22μF的外部鉭電容可濾除外部參考噪聲；

REFCAP2（24腳）：參考濾波器；

REFIN（25腳）：參考輸入；

AGND2（27腳）：模擬地；

MODIN（28腳）：調制器輸入，通常直接和PGAOUT相連。   

2.2 AD1556的引腳功能

NC（1，21，27，28，33，37腳）：懸空；

PAG0～PGA4（2～6腳）：PGA和多路復合控制輸入，在重啟或硬件模式時(shí)，可用來(lái)設定CB0-CB4的邏輯電位和結構寄存器中相應的狀態(tài)位；

BW0～BW2（7～9腳）：輸出率控制端，在重啟或硬件模式時(shí)可用于設定數字濾波器的抽樣率和結構寄存器中的相關(guān)狀態(tài)位；

H/S（10腳）：硬/軟件模式選擇端口，高電平時(shí)為硬件工作模式，低電平時(shí)，器件被設置為向結構寄存器的寫(xiě)時(shí)序或連續寫(xiě)時(shí)序；

VL（11，22，44腳）：數字電源，額定3.36V或5V；

DGND（12，23，24，34腳）：數字地；

SCLK（13腳）：串行數據時(shí)鐘輸入端，可用于使DIN引腳的寫(xiě)信號操作和DOUT引腳的讀信號操作同步傳輸；

DOUT（14腳）：串行數據輸出，在讀操作的開(kāi)始時(shí)開(kāi)始輸出，在SCLK的上升沿時(shí)數據改變，且在SLCK下降沿之前有效；

DRDY（15腳）：數據就

緒，輸出為高電平時(shí)，數據準備進(jìn)入輸出數據寄存器；輸出為低電平表示讀操作完成；

CS（16腳）：片選端，為低電平時(shí)，引腳DIN、DOUT、和SCLK被激活；為電平時(shí)，這些引腳無(wú)效；

R/W（17腳）：讀/寫(xiě)選擇，設置為高電平且CS為低電平時(shí)，激活讀操作；設置為低電平時(shí)，可由DIN引腳進(jìn)行寫(xiě)操作；

RSEL（18腳）：寄存器選擇，設置為高電平時(shí)，數字寄存器的轉換結構由DOUT引腳輸出；設置為低電平時(shí)，狀態(tài)寄存器的內容由DOUT引腳輸出；

DIN（19腳）：串行數據輸入，在讀操作時(shí)，可由輸入轉換寄存器向結構寄存器載入，人最高位開(kāi)始，在SCLK下降沿有效；

ERROR（20腳）：錯誤標志，輸出為低電平時(shí)，表示在調制器或數字濾波器中有錯誤存在，此時(shí)狀態(tài)寄存器ERROR位置1；

RESET（25腳）：濾波器重啟，輸入高電平時(shí)，把狀態(tài)寄存器的有關(guān)錯誤位清零，并設置結構寄存器中有關(guān)硬件引腳的狀態(tài)位（此操作應在供電狀態(tài)下進(jìn)行）；

PWRDN（26腳）：掉電硬件控制，PWRDN為高電平且SLKIN處于第一個(gè)下降沿時(shí)，處于掉電模式；

SCEL（29腳）：濾波器輸入選擇，該腳

 

為高電平時(shí)，TDATA引腳作為數字濾波器的數據輸入；該腳為低電平時(shí)，MODATA引腳作為輸入；

TDATA（30腳）：測試數據輸入端，輸入測試數據到濾波器；

SYNC（31腳）：同步輸入，通過(guò)該引腳為AD1556數字濾波器清零，以便和濾波器卷積同步；

CLKIN（32腳）：時(shí)鐘輸入，額定頻率為1.024MHz；

MCLK（35腳）：調制器時(shí)鐘，用于提供調制器抽樣頻率，以CLKIN頻率的1/4抽樣；

MDATA（36腳）：調制器數據，該輸入引腳從AD1555接收ONES-DENSITY位流并輸入到數字濾波器；

MFLG（38腳）：調制器錯誤，用于檢查調制器中越界錯誤的存在；

CB0～CB2（43～39腳）：調制器控制端，主用來(lái)設定PGA增益或引導進(jìn)入PGA備用模式，CB3和CB4用來(lái)選擇PGA所需的多路復合電壓。

3 電路描述

3.1 AD1555的調整電路

AD1555 內部包含一個(gè)模擬多路轉換器、一個(gè)全微分可編程增益放大器和一個(gè)四級∑-Δ調制器。模擬多路轉換器允許從四個(gè)外部輸入端選擇全微分輸入、內部參考地或外部滿(mǎn)偏參考電壓。全微分可編程增益放大器有五種增益設定，分別是1，2.5，8.5，34和128。五種不同的輸入范圍分別是16V，636mV， 187mV，47mV和12.4mV（根據引腳CB0-CB4的輸入決定）。調制器運行時(shí)的額定抽樣頻率為256kHz，AD1555的輸出位流與輸入電壓成比例，經(jīng)有限脈沖低通數字濾波器可濾除該位流，最后通過(guò)AD1556串行接口輸出24位字數據。濾波器截止頻率和輸出率可由片上寄存器編程或通過(guò)數據輸入引腳用硬件控制。

AD1555的動(dòng)態(tài)性能和等效輸入噪聲因不的增益和輸出率而有所不同，選用PGA的不同增益設定能將系統總的動(dòng)態(tài)范圍擴展到146dB。

 AD1555在雙重模擬輸入（