王曉君 曹光耀 王星

摘要：ADS7956是美國(guó)TI公司推出的一款多通道高精度的A/D轉(zhuǎn)換芯片，它采用的是電壓輸入、邏輯控制、SPI數(shù)據(jù)串行輸出，并具有多通道采集，分辨率高，功耗低，速度快，性能也十分穩(wěn)定等特點(diǎn)。首先簡(jiǎn)要介紹了該芯片ADS7956的性能特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，然后重點(diǎn)分析了串口邏輯時(shí)序，討論了可以設(shè)定的三種工作模式，最后給出了該芯片一般的電路應(yīng)用和部分編程代碼，希望在今后的開發(fā)應(yīng)用中，可以對(duì)相關(guān)的專業(yè)人士有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：模數(shù)轉(zhuǎn)換;多通道;ADS7956;SPI串行輸出

中圖分類號(hào)：TN79+2? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2018）34-0227-03

高性能多通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片被廣泛應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)以及科學(xué)研究具有重要意義。一些特定設(shè)備需要同時(shí)采集多路信號(hào)，并且對(duì)信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性要求非常高，于是分辨率高、通道數(shù)多、可靠性能高、低功耗、響應(yīng)快的AD芯片越來(lái)越受到關(guān)注和應(yīng)用。

1 性能特點(diǎn)

ADS79XX是TI（德州儀器）公司制造的多通道高精度的A/D轉(zhuǎn)換芯片系列。而ADS7956是其中一款單5V供電，12通道的A/D轉(zhuǎn)換芯片，是通道數(shù)最多的一種。它采用了成熟的CMOS制作工藝，電容性的再區(qū)分設(shè)計(jì)方法，在模擬輸入端有一個(gè)電容陣列，使得這種SAR模數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)間延遲較短，可以滿足DSP，MCU，F(xiàn)PGA等系統(tǒng)的快速性要求，具有很好的實(shí)時(shí)性。ADS7956擁有10bit的采樣分辨率;47MHz的輸入帶寬和20MHZ的串行通信速率;最低有效位穩(wěn)定至1LSB;輸入電壓信號(hào)的最大值取決于外部參考電壓REFP，可以選擇外接一個(gè)電壓源，它的范圍為2.7～5.25V;持續(xù)工作時(shí)典型功耗為14.5mW;具有超寬的工作溫度范圍：-40～+125°C。此芯片還擁有手動(dòng)、自動(dòng)1和自動(dòng)2這三種工作模式，每種模式都要通過(guò)程序控制寄存器進(jìn)行設(shè)置，來(lái)選擇通道采集的工作方法。

2 芯片結(jié)構(gòu)

ADS7956內(nèi)部包含ADC轉(zhuǎn)換單元、比較器、報(bào)警閾值單元和邏輯控制時(shí)序單元等。APIN引腳是ADC的輸入口，而多路復(fù)用器輸出在MXO的引腳上。通常將二者相連接，可以獨(dú)立處理每個(gè)多路通道的信號(hào)輸入。源阻抗可以設(shè)置在50Ω到10KΩ的范圍內(nèi)，如果一旦源阻比較大，另一種選擇是MXO與AINP引腳之間可以連接一個(gè)運(yùn)算放大器，添加一個(gè)通用的ADC驅(qū)動(dòng)程序緩沖區(qū)。這可以在很大程度上放松對(duì)源阻抗的限制。

ADS7956設(shè)有報(bào)警閾值功能，一般根據(jù)自身需要來(lái)使用。Ch0—Ch11共12個(gè)通道，每個(gè)通道有兩個(gè)警報(bào)程序寄存器，一個(gè)用于設(shè)置高警報(bào)閾值，另一個(gè)用于設(shè)置低報(bào)警閾值。警報(bào)程序寄存器中后10位的數(shù)據(jù)表示警報(bào)閾值，將10位報(bào)警閾值與上10位轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行比較。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)果更高（高報(bào)警）或更低（地報(bào)警）時(shí)就會(huì)觸發(fā)警報(bào)。從通道采集到模擬值，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換，報(bào)警閾值比較后，輸出數(shù)據(jù)在SDO上。ADS7956的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

SCLK為時(shí)鐘信號(hào)，SDO為輸出的數(shù)據(jù)位，每一幀都以CS的下降沿開始。隨著CS信號(hào)的下降，選擇的輸入信號(hào)通道被取樣，轉(zhuǎn)換過(guò)程被啟動(dòng)。設(shè)備在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中同時(shí)輸出數(shù)據(jù)，16位的數(shù)據(jù)字包含一個(gè)4位通道地址，然后是10位的轉(zhuǎn)換結(jié)果。數(shù)據(jù)按最高有效位（Most Significant Bit，MSB）優(yōu)先的方式逐位寫入移位寄存器。

在可編程通道選擇方式下，通道的選擇是根據(jù)在模式控制寄存器中設(shè)定工作模式，再對(duì)數(shù)據(jù)位進(jìn)行配置確定的。ADS7956有三種工作模式，即手動(dòng)模式、自動(dòng)1模式和自動(dòng)2模式。在手動(dòng)模式下，對(duì)于每一個(gè)通道的選擇，其通道地址必須單獨(dú)配置，比較繁瑣。自動(dòng)1模式下，通道計(jì)數(shù)器可以在每次轉(zhuǎn)換后自動(dòng)增加到下一個(gè)通道，也可以重置到最低的編程通道。自動(dòng)2模式下，通道計(jì)數(shù)器也會(huì)在每次轉(zhuǎn)換后自動(dòng)增加。按著升序方式，自動(dòng)掃描從第0通道到通過(guò)程序寄存器配置的最后一個(gè)通道。三種模式下，都有模式控制寄存器可以設(shè)置。只有自動(dòng)1和自動(dòng)2模式下有程序控制寄存器可以設(shè)置。例如表1為手動(dòng)模式控制寄存器設(shè)置。

4 典型的電路接法

性能良好的轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)干凈、低噪音、良好解耦的參考電壓。因?yàn)镽EF5025系列芯片具有很好的穩(wěn)定性，可以使用在高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，所以我們將ADS7956參考信號(hào)輸入端REF連接REF5025的輸出信號(hào)。當(dāng)然，要在REF5025的輸出引腳6與4之間接入一個(gè)10uF電容，起到對(duì)接入ADS芯片的信號(hào)進(jìn)行濾波的作用，使測(cè)得的信號(hào)的數(shù)值更加精確穩(wěn)定。SPI的串行通信接口SDO、SDI、SCLK、和CS引腳引出后可以與主CPU相連接，進(jìn)行通信。電路如下圖3所示：

6 結(jié)語(yǔ)

本文介紹的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS7956具有串行輸出，功耗少，成本低，精度高，速度快等特點(diǎn)，并且易于擴(kuò)展，不易受干擾。如配合適當(dāng)?shù)男盘?hào)調(diào)理電路和其他外圍電路，此芯片可以輸出高質(zhì)量的波形信號(hào)，可以廣泛地應(yīng)用于高精度的控制場(chǎng)合、波形產(chǎn)生電路或精密儀器中。

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