CC BY
102
(окончание, начало в Киї №1)
24-разрядные АЦП от ANALOG DEVICES -
законченные системы аналого-цифрового преобразования для низкочастотных измерений
Владимир Осипчук
compitech@mtu-net.ru
Н
а рис. 1 приведена схема сопряжения AD7714 с DSP семейства ADSP-2103. В такой конфигурации, чтобы зафиксировать момент обновления регистра данных, должен отслеживаться программным путем бит DRDY регистра обмена. Возможен также вариант, когда сигнал DRDY подается на вход IRQ2 ADSP-2103. Выводы RFS и TFS ADSP-2103 конфигурируются как выходы с активным низким уровнем; выходом также является и SCLK. На вход POL AD7714 подается нулевой потенциал. Поскольку ADSP-2103 выдает сигнал SCLK непрерывно, AD7714 после завершения операции обмена должна отключаться сигналом CS, что и происходит, когда и RFS, и TFS становятся неактивными. Нулевой сигнал на любом из этих выводов активирует AD7714. Чтобы гарантировать правильную работу интерфейса, частота последовательного тактового сигнала не должна превышать 3 МГц.
На рис. 2 приведен алгоритм программы конфигурирования AD7714 и чтения результата преобразования. Здесь показана также последовательность слов, которые должны быть занесены в регистры AD7714. Конкретно устанавливается тестовый канал (AIN6/AIN6), единичное усиление, ток определения перегорания датчика отключен, биполярный режим, длина слова — 24 бита, бит BST=0, число FS11...FS0 выбрано равным 4000 дес.
ПРИМЕНЕНИЕ ДР7714
Одна из основных областей применения Д07714 — это измерение температуры, точнее, сигналов с термодатчиков (термопар, термосопротивлений). На рис. 3 приведена схема измерения с термопарой. В этой схеме Д07714 используется в буферированном режиме, чтобы с целью устранения шумовых пичков, наводимых в подводящие провода термопары, можно было на входе установить конденсаторы большой емкости.
На рис. 4 приведена схема измерения с терморезистором
(RTD). Использована так называемая четырехпроводная схема. Ток через термосопротивление задается внешним источником. Его падение напряжения на сопротивлении 6, 25 кОм (оно должно быть прецизионным, с минимальным температурным дрейфом) формирует также и опорное напряжение. При таком подходе незначительная нестабильность этого тока не сказывается на точности измерений — изменение напряжения на терморезисторе компенсируется пропорциональным изменением опорного. Провода, соединяющие входы AIN1 и AIN2 с терморезистором, имеют малое сопротивление, да и ток, текущий по ним, пренебрежимо мал, поэтому падение напряжения на них практически нулевое, благодаря чему падение напряжения на проводах, соединяющих терморезистор с общим проводом и с источником напряжения, не вносит погрешности в результат измерения.
На рис. 5 приведена схема соединения AD7714 с тензодатчиком, обычно используемая при измерении давления. Сигнал снимается с диагонали моста. Напряжение, используемое для его возбуждения, формирует также и опорное, что, как и в предыдущем случае, делает устройство нечувствительным к его вариациям (естественно, в разумных пределах).
ОСОБЕННОСТИ AD7710 - AD7713
Не вдаваясь в отличия от AD7714 во внутренней структуре (для знакомства с ними рекомендуем читателям каталоги Analog Devices), кратко ознакомимся с основными аппаратными особенностями остальных микросхем рассматриваемого семейства.
AD7710-AD7712 снабжены встроенными источниками опорного напряжения 2,5 В, что удобно при работе с датчиками, вырабатывающими ЭДС без пропускания через них какого-либо тока от внешнего источника — например, с термопарами или фотодиодами. AD7710 имеет два независимых дифференциальных входа, а AD7711 — один независимый дифференциальный и один обычный (относительно общего провода). Функциональные схемы этих микросхем приведены на рис. 6 и 7 соответственно.
Далее, AD7711 имеет два встроенных источника стабильного тока 200 мкА. Их использование позво-
С СТАРТ
ВКЛ. ПИТАНИЯ/СБРОС AD7714
КОНФИГУРИРОВАНИЕ И ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ПОРТОВ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА/МИКРОПРОЦЕССОРА
ЗАПИСЬ В РЕГИСТР ОБМЕНА. ЗАДАЕТСЯ ВХОДНОЙ КАНАЛ И СЛЕДУЮЩАЯ ОПЕРАЦИЯ —
ЗАПИСЬ В ВЕРХНИЙ РЕГИСТР ФИЛЬТРА (27 HEX)
ЗАПИСЬ ТРЕБУЕМЫХ ЗНАЧЕНИЙ В ВЕРХНИЙ РЕГИСТР ФИЛЬТРА (4F HEX)
ЗАПИСЬ В РЕГИСТР ОБМЕНА. ЗАДАЕТСЯ ТОТ ЖЕ САМЫЙ ВХОДНОЙ КАНАЛ И СЛЕДУЮЩАЯ ОПЕРАЦИЯ — ЗАПИСЬ В НИЖНИЙ РЕГИСТР ФИЛЬТРА (37 HEX)
ЗАПИСЬ ТРЕБУЕМЫХ ЗНАЧЕНИЙ В НИЖНИЙ РЕГИСТР ФИЛЬТРА (A0 HEX)
ЗАПИСЬ В РЕГИСТР ОБМЕНА. ЗАДАЕТСЯ ТОТ ЖЕ САМЫЙ ВХОДНОЙ КАНАЛ И СЛЕДУЮЩАЯ ОПЕРАЦИЯ — ЗАПИСЬ В РЕГИСТР РЕЖИМА (17 HEX)
ЗАПИСЬ ТРЕБУЕМЫХ ЗНАЧЕНИЙ В РЕГИСТР РЕЖИМА С ОДНОВРЕМЕННОЙ ИНИЦИАЛИЗАЦИЕЙ КАЛИБРОВКИ (20 HEX)
ОПРОС ВЫВОДА DRDY
ЗАПИСЬ В РЕГИСТР ОБМЕНА. ЗАДАЕТСЯ ТОТ ЖЕ САМЫЙ ВХОДНОЙ КАНАЛ И СЛЕДУЮЩАЯ ОПЕРАЦИЯ — ЧТЕНИЕ ИЗ РЕГИСТРА ДАННЫХ (5F HEX)
ЧТЕНИЕ ИЗ РЕГИСТРА ДАННЫХ
Рис. 2
THERMOCOUPLE
JUNCTION R
-iV-----VvV
Рис. 3
ОПРОС БИТА В РЕГИСТРЕ ОБМЕНА
ЗАПИСЬ В РЕГИСТР ОБМЕНА. ЗАДАЕТСЯ ТОТ ЖЕ САМЫЙ ВХОДНОЙ КАНАЛ И СЛЕДУЮЩАЯ ОПЕРАЦИЯ -ЧТЕНИЕ ИЗ РЕГИСТРА ОБМЕНА (0F HEX)
ЗАПИСЬ В РЕГИСТР ОБМЕНА. ЗАДАЕТСЯ ТОТ ЖЕ САМЫЙ ВХОДНОЙ КАНАЛ И СЛЕДУЮЩАЯ ОПЕРАЦИЯ — ЧТЕНИЕ ИЗ РЕГИСТРА ДАННЫХ (5F HEX)
ЧТЕНИЕ ИЗ РЕГИСТРА ДАННЫХ
Т
ляет строить трехпроводные схемы измерения температуры на термосопротивлениях. Одна из таких схем приведена на рис. 8. Падение напряжения на проводе 1}1_1 компенсируется таковым на 1^1_2. Стекают на «землю» эти токи по проводу 1^1_3.
В схеме на рис. 9 один из этих токов, протекая дополнительно через прецизионный резистор сопротивлением 12,5 кОм, создает на нем падение напряжения 2,5 В, которое используется в качестве опорного. Как и в схе-
мах на рис. 4 и 5, такая завязка делает устройство нечувствительным к нестабильности тока, протекающего через термосопротивление, независимо от того, где формируется этот ток.
Д07712 лишена источников тока. Дифференциальный вход ее такой же, как у вышеперечисленных микросхем, а обычный предназначен для работы с сигналами относительно высокого уровня, поскольку микросхема снабжена встроенным аттенюатором (рис. 10).
Аналогичный вход для сигналов высокого уровня есть и у AD7713 (рис. 11). Но в отличие от предыдущей, она к тому же имеет два (а не один) дифференциальных входа и два встроенных 200-микроамперных источника тока. Для того чтобы реализовать эти возможности, не увеличивая числа выводов микросхемы, разработчикам пришлось удалить из AD7713 встроенный источник опорного напряжения — как мы уже могли убедиться, в наиболее типичных применениях микросхемы его с успехом заменяет прецизионный резистор.
ОСОБЕННОСТИ AD7730 и AD7731
AD7730 является специализированной микросхемой, предназначенной для работы с мостовыми датчиками — не зря сама Analog Devices окрестила ее как Brige Transducer ADC. Она имеет две пары дифференциальных входов (рис. 12), оба вывода одной из которых могут быть использованы в качестве цифровых выходов для управления теми или иными микросхемами или устройствами. Кроме того, AD7730 имеет два выхода (ACX и ACX), позволяющие изменять полярность сигнала, возбуждающего мостовую схему (и корректно учитывать его при измерении), что повышает точность преобразования.
Поясним сказанное. На рис. 13 изображена упрощенная схема мостового датчика, в одной из сигнальных цепей которого (верхней) си-
REF REF AVDD DVDD IN(—) IN(+)
ANALOG +5V SUPPLY
"—w—!-<)—®-QD-
RTD2
Rl3
---Wv---рЛ
Рис. 8
DGND Vss
REF REF avdd DVDD IN(-) IN(+)
-Q-
Рис. 10
Рис. 12
дУпп °у_ро Xrefinh Jrefinm
Рис. 9
L1 AIN1(+)
г---W>----1-0------—
Q?)rtd Iainih
DGND Vss
RTD1
RTD2
Рис. 11
REF REF avdd dvdd INH IN(+)
-О------О-----------Q—cp-
AVdd
1mA
O-
AD7713
CHARGING BALANCING A/D CONVERTER
AUTO-ZEROED
X-A MODULATOR - DIGITAL FILTER
X
A = 1 - 128 ' CLOCK GENERATION
INPUT SCALING
200ЦА AVdd
SYNC
SERIAL INTERFACE
CONTROL OUTPUT
REGISTER REGISTER
_________О------------------О- _______
AGND DGND RFS TFS MODE SDATA SCLK DRDY AO
Li-L
MCLK
IN
MCLK
OUT
дит некая паразитная ЭДС Eos, вносящая ошибку в результат преобразования. Разность потенциалов между сигнальными проводами в случае, когда нижний (по схеме) вывод моста заземлен (normal drive voltages), равна Va = Vo + Eos, где Vo — сигнал непосредственно с выхода моста. Если же на нижний по схеме вывод моста подано возбуждающее напряжение, а верхний заземлен (reverse drive voltages), то разность потенциалов составит Vb = — Vo + Eos. Разность Va — Vb будет равна 2Vo, то есть окажется независимой от Eos, в качестве которой чаще всего оказывается какая-то неучтенная термо-ЭДС.
На рис. 14 приведена схема, реализующая подобное включение мостового источника с учетом особенностей AD7730. Сигналы на выходах ACX и ACX противофазны и меняются с частотой, устанавливаемой при настройке микросхемы. Единичный уровень на выходе ACX соединяет верхний вывод моста с питающим напряжением, нижний — с землей, а единица на ACX — наоборот.
Еще одной особенностью AD7730 является наличие программно регулируемого встроенного 6-разрядного ЦАП, сигнал с которого суммируется (или вычитается) из входного перед усилением внутренним усилителем микросхемы. Если мост возбуждается напряжением 5 В, то диапазон напряжений, вырабатываемых ЦАП, составляет -77,5 мВ ... +77,5 мВ с дискретностью 2,5 мВ.
Внутреннее строение AD7730 близко к AD7714, но несколько сложнее — в ней появились регистры, отсутствующие в последней — в частности, регистр ЦАП. Ряд регистров имеет большую разрядность — например, вместо 8-разрядных верхнего и нижнего регистров фильтра в AD7730 присутствует один регистр фильтра, но 24-разрядный, вместо 8разрядного регистра режима — 16-разрядный. Но в целом работа с AD7730 схожа с таковой у AD7714.
Еще одной заслуживающей внимания особенностью AD7730 является возможность работы в режиме непрерывного чтения выбранного регистра (данных или состояния). Режим включается установкой в 1 соответствующего бита в регистре обмена (в AD7714 этот бит не задействован). При необходимости этот режим может быть отключен.
AD7731 отличается от AD7730 по входам — у нее, как у AD7714, три пары дифференциальных входов, допускающих переконфигури-
рование в пять независимых псевдодиффе-ренциальных. У нее нет выводов ДСХ и ДСХ. В качестве цифровых выходов могут использоваться Д1Ы3 и А]Ж. Внутри в Д07731 отсутствует ЦАП и связанный с ним регистр (рис. 15). В остальном же Д07730 и Д07731 очень близки, разве что последняя несколько более быстродействующая.
И последнее, о чем необходимо упомянуть — Analog Devices выпускает линейку 16разрядных АЦП (AD7705, AD7706 и AD7715), схемотехнически похожих на вышеописанное 24-разрядное семейство.
