1 概述

　　ADSl258是TI公司推出的一款高精度,、低功耗、低噪聲的16通道(多路復用的)24位△一∑型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),，其內(nèi)部集成了輸入多路復用器,、模擬低通濾波器、數(shù)字濾波器等功能,。內(nèi)部有多種控制寄存器,，用戶通過不同的配置得到不同的A／D采樣速率、采樣模式、A／D轉(zhuǎn)換精度等,。適用于對性能,、功耗要求高、模擬通道要求多的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),。

　　2 ADSl258主要特點及引腳功能

　　2．1 主要特點

• △一∑ADC,，24位轉(zhuǎn)換精度，定通道采樣速率為125 Ks／s(可編程),，自動通道檢測通道采樣速率為23．7 Ks／s(可編程),；
• 模擬輸入多路復用器可配置成8路差分輸入或16路單極輸入。多路復用器的輸出可通過外部獲得,，這就能在ADC輸入之前采用共享的信號調(diào)節(jié)通道,；
• 0．5μV／℃的失調(diào)漂移、最大0．001 0％的滿量程整數(shù)非線性誤差,；
• 工作電壓范圍為2．7～5．25 V,；
• 內(nèi)部帶有針對低噪聲性能進行了專門優(yōu)化的5階正弦數(shù)字濾波器；
• 帶有串行外設接口(SPI),；
• 與其他ADC相比,，ADSl258具有精度高、轉(zhuǎn)換數(shù)率快,、功耗低,、工作性能好等特性，適用于設備與系統(tǒng)監(jiān)控,、數(shù)據(jù)采集,、醫(yī)療、航空電子,、測試測量等多通道應用場合,。

　　2．2 引腳功能

　　ADSl258采用QFN一48小型封裝，各引腳功能定義如下：

• AINO～AINl5：模擬信號輸入端,；
• GPl00~GPl07：GPIO信號輸入／輸出端,；
• CLKSEL：時鐘信號選擇輸入端；
• SCLK：SPI接口時鐘輸入端,；
• DIN：SPI接口數(shù)據(jù)輸入端,；
• DOUT：SPI接口數(shù)據(jù)輸出端；
• DRDY：數(shù)據(jù)準備好輸出端,；
• START：數(shù)據(jù)開始轉(zhuǎn)換信號輸入端,；
• CS：SPI接口片選端；
• VREFN：參考電壓輸入端(+),；
• VREFP：參考電壓輸入端(一),；
• ADCINN：模擬差分輸入端(一),；
• ADCINP：模擬差分輸入端(+)；
• MUXOUTN：多路復用器差分輸出端(一),；
• MUXOUTP：多路復用器差分輸出端(+),；
• DVDD：數(shù)字電源，2．7~5．25 V,；
• RESET：復位端。

　　2．3 結(jié)構原理

　　圖l為ADSl258的內(nèi)部結(jié)構框圖,。ADSl258主要由模擬多路開關(MUX),、可共享的信號調(diào)理通道、4階△一∑ADC,、5階正弦數(shù)字濾波器,、SPI接口、GPIO接口,、時鐘發(fā)生器,、控制器等組成。模擬信號從AINO～AINl5引腳輸入,，通過多路模擬開關可將其配置成8路差動輸入或16路單極輸入,，通過共用的信號調(diào)理通道，輸入到4階△一∑ADC實現(xiàn)24位A／D轉(zhuǎn)換,，通過數(shù)字濾波器,，最終以SPI接口的形式輸出數(shù)字信號。在使用外部可共享的信號調(diào)理通道時,，根據(jù)實際情況,，可關閉所使用的調(diào)理通道，只需將寄存器CONFIGO的第4位(BYPAS)置0即可關閉外部調(diào)理通道,，直接在ADSl258內(nèi)部實現(xiàn)連接,。但是，在大多數(shù)使用條件下,，為獲得更高的A／D轉(zhuǎn)換精度,，建議使用外部信號調(diào)理通道。

　　ADSl258采用4線制(時鐘信號SCLK,、數(shù)據(jù)輸入DIN,、數(shù)據(jù)輸出DOUT和片選)SPI通信方式，由于ADSl258無法控制SPI何時開始傳輸,，而是由主機控制數(shù)據(jù)傳輸,，因此ADSl258只能工作在SPI通信的從模式下，設計時可通過各種主控制器控制ADSl258片上的寄存器,，并通過SPI接口讀寫這些寄存器,。通過SPI接口進行通訊時，必須保持CS信號為低電平，DRDY引腳用于表明轉(zhuǎn)換是否完成,，DRDY為低時,，說明轉(zhuǎn)換已完成，可以直接通過通道讀取數(shù)據(jù)或通道讀數(shù)據(jù)命令從DOUT引腳上讀出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),。SPI通信,，可同步發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)也可利用SCLK和DIN,，DOUT信號同步移動,。在SCLK的下降沿，系統(tǒng)通過DIN向ADSl258發(fā)送數(shù)據(jù),；而在SCLK的上升沿,，系統(tǒng)則通過DOUT從ADSl258讀取數(shù)據(jù)。DlN和DOUT也通過一條雙向信號線與主控制器相連,。圖2給出SPI通訊時序圖,。

　　2．4 主要寄存器

　　ADSl258工作過程的建立主要通過設置其獨立寄存器來實現(xiàn)的。這些寄存器包括出廠時所有需要設置的信息,，如采樣模式,、外部信號調(diào)理通道開關、時鐘模式的選擇,、模擬輸入是單極輸入還是差分輸入等等,。表l給出了ADSl258的主要寄存器。其中CONFIG0和CONFIGl為狀態(tài)寄存器,，MUXSCH為多路固定通道選擇寄存器,，MUXDIF為多路模擬差分輸入配置寄存器，MUXSG0和MUXSGl為模擬單極輸入通道選擇寄存器,。狀態(tài)寄存器CONFIG0的最高位由制造商設定為0,，不能更改。SPIRST決定了ADSl258的SPI接口復位時間,，SPIRST=l時其復位時間為4 096fclk,；SPIRST=O時則為256fclk。MUXMOD是掃描模式選擇位,，當MUXMOD=0時采用自動掃描模式,；MUXMOD=l時采用固定模式。BYPAS位用于選擇是否采用外部信號調(diào)理通道選擇位,，BYPAS=0時,，內(nèi)部多路復用器短接而不使用外部的信號調(diào)理通道；BYPAS=l時,，輸入的模擬信號通過共用的外部信號調(diào)理通道傳輸?shù)?4位△一∑ADC轉(zhuǎn)換器,。CONGIGl寄存器中的DRATE[1：0]位是A／D轉(zhuǎn)換速率選擇位,，在自動掃描模式下，DRATE[1：0]=ll=23．739 Ks／s,；DRATE[1：O]=10=15．123 Ks／s,；DRATE[l：0]=0l=6．168 Ks／s；DRATE[l：O]=Ol=6．168 Ks／s,；DRATE[1：0]=00=1．83l Ks／s,。

　　3 典型應用

　　3．1 硬件設計

　　圖3為ADSl258的單極多通道應用電路圖。該電路為多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),，將外部輸入的16路模擬信號通過多路模擬開關,，傳輸?shù)酵獠抗灿玫男盘栒{(diào)理通道，通過信號調(diào)理通道的信號調(diào)節(jié)作用,，傳輸給24位△一∑型A／D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束后,，將轉(zhuǎn)換結(jié)果通過專門優(yōu)化的5階正弦數(shù)字濾波器進行濾波,，最后才通過SPI接口傳輸給C805lF120進行處理。

點擊看原圖

　　為了提高數(shù)據(jù)的采集精度,，本采集系統(tǒng)采用MAXIM公司的具有高精度和低漂移的4．096 V電壓基準MAX6164A,。同時由于輸入信號的電壓范圍為O~1 V，為了使輸入信號的范圍與電壓基準相一致,，提高采集精度,，在信號通過外部信號調(diào)理通道時，調(diào)整比例因子,，即就是R7和R6的值,，使輸入信號放大4倍，量程為0~4 V,，其電壓增益AV=1+(2R7／R6),，只要選擇合適的R7和R6，使AV=4即可滿足要求,。同時為了提高A／D轉(zhuǎn)換精度,，選用R6和R7時盡可能選擇高精度的精密電阻。

　　3．2 軟件設計

　　由于C805lFl20和ADSl258都擁有各自的硬件SPI接口,，編程比較簡單,，只要按照ADSl258的時序圖編程即可實現(xiàn)軟件設計功能，需注意以下事項：使用SPI接口時,，要先對行SPI接口進行復位,，可采用硬件復位或軟件復位，但是即使采用硬件電路復位,，使CS信號固定在低電平時,，還要進行SPI軟件接口復位,，否則有可能使SPI讀寫數(shù)據(jù)不準確。

　　在配置A／D轉(zhuǎn)換速率時,，在滿足系統(tǒng)條件下,，盡量選擇轉(zhuǎn)換速率比較低的工作模式，這樣可以提高轉(zhuǎn)換精度,；

　　為達到最佳性能,，在電路布局時要使數(shù)字信號線與模擬信號線相隔離，可根據(jù)實際應用需要,，可選擇數(shù)字電源和模擬電源工作在不同的電壓模式,。

　　4 結(jié)語

　　ADSl258具有轉(zhuǎn)換速率快、高精度,、低功耗,、接口簡單等優(yōu)點，非常適合多通道高精度數(shù)據(jù)采集領域的使用,。目前,，基于ADSl258的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)已經(jīng)在某導航系統(tǒng)中使用，并且取得了很好效果,。