AD770516位Σ-ΔA/D转换器在数字传感器中的应用
1 内部结构
? AD7705是完整的16位A/D转换器。内部结构如图1。若外接晶体振荡器、精密基准源和少量去耦电容，即可连续进行A/D转换。它采用了成本较低但能获得极高分辨率的Σ-Δ转换技术，可以获得16位无误码数据输出。这一点非常符合对分辨率要求较高但对转换数字要求不高的应用，例如数字音频产品和智能仪器仪表产品等。下面对该器件几个重要部分和特性作简要说明。?
增益可编程放大器AD7705包括两个全差分模拟输入通道。片内的增益可编程放大器PGA可选择1、2、4、8、16、32、64、128八种增益之一，能将不同摆幅范围的各类输入信号放大到接近A/D转换器的满标度电压再进行A/D转换，这样有利于提高转换质量。当电源电压为5 V，基准电压为2.5 V时，器件可直接接受从0～20 mV至0～2.5 V摆幅范围的单极性信号和从0～±20 mV至0～±2.5 V范围的双极性信号。必须指出：这里的负极性电压是相对AIN(－)引脚而言的，这两个引脚应偏置到恰当的正电位上。在器件的任何引脚施加相对于GND为负电压的信号是不允许的。输入的模拟信号被A/D转换器连续采样，采样频率fS由主时钟频率fCLK和选定的增益决定。增益（16～128）是通过多重采样并利用基准电容与输入电容的比值共同得到的。
数字滤波和输出更新速率模拟信号由Σ-Δ调制器变换为占空比被模拟电压调制(调宽)的数字脉冲串，然后在片内使用低通数字滤波器将其解释成16位二进制数码并滤去噪声，以完成A/D转换。AD7705采用一个(sinNx/sinx)3?函数低通数字滤波器，其振幅频率特性如下：
式中：N为调制速率与输出更新速率之比。? 需要指出器件产生的噪声源主要来自半导体噪声和量化噪声，PGA放大量和滤波器第一凹口频率越低，则输出的半导体噪声和量化噪声越小，A/D转换器的实际分辨率越高。
? 校准和自校准为提高A/D转换质量，AD7705提供自校准和系统校准两种功能选择。每当环境温度和工作电压发生变化，或者器件的工作状态改变如输入通道切换、增益或数字滤波器第一凹口频率变动、信号输入范围变化等任一项发生时，必须进行一次校准。对于自校准方式，校准过程在器件内部一次完成。AD7705内部设置AIN(+)端和AIN(－)端为相同的偏置电压，以校准零标度；满标度校准是在一内部产生的VREF电压和选定的增益条件下进行的。系统校准则是对整个系统增益误差和偏移误差，包括器件内部误差进行校准。在选定的增益下，先后在外部给AIN(+)端施加零标度电压和满标度电压，先校准零标度点，然后校准满标度点。根据零标度和满标度的校准数据，片内的计算出转换器的输入输出转换函数的偏移和增益斜率，对误差进行补偿。
数字接口AD7705的串行数据接口包括5个接口，其中片选输入CS、串行时钟输入SCLK、数据输入DIN、转换数据输出口DOUT用于传输数据，状态信号输出口 用于指示什么时候输出数据寄存器的数据准备就绪。当 为低电平时，转换数据可用；当 为高电平时，输出寄存器正在更新数据，不能读取数据。器件的A/D转换过程是按设定的数据输出更新速率连续进行的。任何操作都需要对相应片内寄存器送入新的编程指令。
本文相关DataSheet：
片内寄存器AD7705包括8个寄存器，均通过器件串行口访问。第一个是通信寄存器，它的内容决定下一次操作是对哪一个寄存器进行读操作还是写操作，并控制对哪一个输入通道进行采样。所有与器件的通信都必须先写通信寄存器。上电或复位后，器件默认状态为等待指令数据写入通信寄存器。它的寄存器选择位RS2～RS0确定下次操作访问哪一个寄存器，而输入通道选择位CH1，CH0则决定对哪一个输入通道进行A/D转换或访问校准数据。第2个是设置寄存器，它是一个可读/写8位寄存器，用于设置工作模式、校准方式、增益等等。第3个是时钟寄存器，它也是一个可读/写的8位寄存器，用于设置有关AD7705运行频率参数和A/D转换输出更新速率。第4个是数据寄存器，它是一个16位只读寄存器，它存放AD7705最新的转换结果。值得注意的是，数据手册上虽然说明它是一个16位的寄存器，但实际上它是由两个8位的存贮单元组成的，输出时MSB在前，如果接收需要LSB在前，例如8051系列，读取的时候应该分两次读，每次读出8位分别倒序，而不是整个16位倒序。其他的寄存器分别是测试寄存器、零标度校准寄存器、 满标度校准寄存器等，用于测试和存放校准数据，可用来分析噪声和转换误差。?
2 微控制器应用举例?
AD7705采用SPI/QSPI兼容的三线串行接口，能够方便地与各种微控制器和DSP连接，也比并行接口方式大大节省了CPU的I/O口。下图所示的应用电路中，采用80C51控制AD7705，对桥式传感信号进行模数转换。此方案采用二线连接收发数据。AD7705的CS接到低电平。DRDY的状态通过监视DRDY线相连的P32得到(也可通过访问通信寄存器的DRDY位来判断以节省一个I/O口)。该应用中采用同一个电源来产生传感器桥路激励电压和AD7705的基准参考电压，所以在电压的变化时它们所受到的影响比例相同，不会产生系统误差，因此降低了对电压稳定性的要求。这也是取代昂贵的高精度基准电压电路
而不降低性能的一般做法。80C51配置为串行接口方式0工作模式。其数据串口线RXD(P3?0)与AD7705的DIN、DOUT引脚连接在一起，并接一个10 kΩ的上拉电阻。时钟接口TXD与AD7705的SCLK(P31)相连，为传输数据提供时钟。无数据传送时，TXD闲置为高电平。
需要说明的是与读操作类似，在写操作模式下，80C51的数据输出为LSB在前，而AD7705希望MSB在前，所以数据写之前必须倒序。下面是关键的几个C51函数。?
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