A/D轉換器ADS8320的原理與應用

在便攜式儀器設備中，往往要求其數據采集系統不僅具有速度快、精度高的特點(diǎn)，而且還要求其具有供電電壓低、體積小以及功耗小等特性。ADS8320是 Burr-Brown公司生產(chǎn)的逐次逼近式串行16位微功耗CMOS型高速A/D轉換器，它的線(xiàn)性度為±0.05%，工作電源在2.7V～5.25V范圍內，采樣頻率最高可達100kHz；在2.7V供電和100kHz采樣速率下，其功耗僅為1.8mW，而在10kHz低速采樣時(shí)的功耗僅為0.3mW；在非轉換狀態(tài)時(shí)可處于關(guān)閉模式，此時(shí)功耗可低至100μW；ADS8320具有同步串行SPI/SSI接口，因而占用微處理器的端口較少；其差動(dòng)輸入信號范圍為500mV～VCC(工作電源)；采用8引腳MSOP小體積封裝。以上特點(diǎn)使ADS8320非常適用于便攜式電池供電系統中。

1 內部結構及引腳排列

ADS8320的內部結構如圖1所示，它由采樣/保持放大器、D/A轉換器、比較器、移位寄存器、控制邏輯電路、串行接口電路等組成。其管腳排列如圖2所示。各引腳的功能如下：

●VREF為外接參考電壓輸入端；

●+IN、-IN為外接差動(dòng)模擬信號輸入端；

●+Vcc、GND為供電電源接入端；

●CS/SHDN為片選/關(guān)斷控制端；

●DCLOCK為時(shí)鐘輸入端；

●DOUT為A/D轉換的數字結果串行輸出端。

2 工作時(shí)序

ADS8320與微處理器或其它數字系統采用同步3線(xiàn)串行接口進(jìn)行通信，其工作時(shí)序如圖3所示。

當CS/SHDN 端從高電平變?yōu)榈碗娖剑ㄏ陆笛兀r(shí)，芯片的整個(gè)轉換和數據傳輸過(guò)程被初始化，DCLOCK端的最初4.5～5個(gè)時(shí)鐘脈沖用于對輸入模擬信號的采樣，此時(shí) DOUT端處于高阻態(tài)；在隨后的DCLOCK下降沿，DOUT端將輸出一個(gè)可持續一個(gè)脈沖周期的低電平信號，以作為將要輸出A/D轉換結果的標志；緊接著(zhù)在16個(gè)DCLOCK的控制下，從最高位（MSB）到最低位（LSB）依次由DOUT輸出16位轉換結果。

DCLOCK信號的下降沿可用來(lái)控制A/D轉換結果在DOUT端的同步傳輸，大多數接收系統對DOUT端轉換結果數字位流的采集在DCLOCK的上升沿進(jìn)行。

當16 位轉換結構傳輸結束后，若CS/SHDN端仍為低電平且DCLOCK端有控制脈沖，那么在DOUT端繼續輸出轉換結果，但此時(shí)是由最低位（LSB）到最高位（MSB）依次輸出，直到當最高位輸出出現重復使DOUT端變成高阻態(tài)為止。即一次轉換數據最多輸出兩次，一次從高位到低位，一次從低位到高位。一般情況下，當16位轉換結果輸出完畢后，置位或去掉DCLOCK脈沖，可使結果僅輸出一次。

當CS/SHDN端接高電平（下降沿）時(shí)，ADS8320在關(guān)斷模式下低功耗工作，只有當CS/SHDN端從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片方可重新初始化而進(jìn)行另一次A/D轉換。

3 與單片機的典型接口設計

圖4 以MCS-51系列單片機為例，給出了ADS8320與微處理的典型連接圖。ADS8320采用單電源Vcc(2.7V～5.25V)供電，外接參考電源直接由供電電源來(lái)提供，此時(shí)模擬輸入的最大范圍為Vcc。串行接口的外部時(shí)鐘DCLOCK及芯片的片選信號由單片機的P1.0口控制產(chǎn)生，轉換結果由 P1.2讀取。

在其它應用中，外接參考電源可在 500mV～Vcc之間選擇，這同時(shí)決定了外接模擬電壓的最大范圍。但是過(guò)低的參考電壓雖然可提高A/D轉換的靈敏度且降低系統的抗干擾性能，同時(shí)需要連接更干凈的低噪聲電源，而且由于溫漂、增益誤差等原因也降低了A/D轉換的線(xiàn)性度。如采用+5V參考電源，則內部噪聲干擾的典型值為1.5LSB；而采用 +500mV參考電源時(shí)的內部噪聲干擾典型值為15LSB。