多通道高精度模数转换器AD7718 原理与应用

多通道高精度模数转换器AD7718原理与应用

解放军信息工程大学信息工程学院六系（450002）陈铖武安河

摘要：本文从外部引脚和内部可编程寄存器两方面讲解了多通道高精度模数转换器AD7718，并通过一个24bits分辨率的数据采集电路介绍了AD7718的应用。

关键词：模数转换器 AD7718 数据采集

The Principle And Application Of 10-Channel 24-Bit Resolution Σ-Δ ADCs AD7718 Institute of Information Engineering, Information Engineering University of PLA,

Zhengzhou 450002,China

Chen Cheng, Wu AnHe

Abstract: The AD7718 is a 10-channel 24-bit resolution Σ-ΔAnalog To Digital Converter. This paper presents firstly its pin and consist, and then designs a data acquisition scheme.

Key Words: ADC, AD7718, Data Acquisition

1 概述

在低频测量应用中，AD7718是一个单电源供电（+3V或+5V）的完整前端。其内部结构如图1所示。从图中可以看出片内有一个带PGA（Programmable Gain Amplifier，可编程增益放大器）的Σ-Δ型ADC（Analog to Digital Converter，模数转换器）。ADC的分辨率为24 bits ，PGA的范围为20~27，8档可编程。所以，AD7718能直接转换范围在20mV~2.56V之间的输入信号而无须信号调理电路。AD7718片内还有一个多路开关MUX，可以将模拟输入配置成4或5通道差分输入，也可以配置成8或10通道伪差分输入。AD7718需要外接32KHZ晶体，片内PLL通过它产生所需要的工作时钟。

图1 AD7718的内部功能框图

2 外部引脚

AD7718的外部引脚有28个（参见图1）。按性质主要分为模拟、数字两个部分。模拟部分引脚有模拟输入、参考电压输入和模拟电源三类。配置成伪差分输入时最多有10个通道，模拟信号分别从AIN1~AIN10输入，共同参考AINCOM引脚；配置成差分输入时最多有5个通道，AIN1~AIN10中相邻2个输入分别是差分对的同相输入端和反相输入端。参考电压一般为REFIN1(+)与REFIN1(-)的差。当AD7718配置成8通道时，参考电压还可选REFIN2(+)-REFIN2(-)。因为这2个引脚与模拟输入引脚AIN9和AIN10复用。

数字部分引脚有SPI接口、数据就绪、通用I/O口和数字电源四类。SPI接口的4根标准信号线分别是片选信号CS、串行时钟输入SCLK、串行数据输入DIN和串行数据输出DOUT。当AD7718接在SPI总线上时是从器件，从引脚CS输入低电平信号使能AD7718。数据就绪RDY是一个低电平有效的输出引脚。当所选通道数据寄存器中有有效数据时，输出低电平信号；数据被读出后，输出高电平。AD7718的通用I/O口是2个一位口P1和P2。它们既可配置成输入也可配置成输出，单片机通过SPI口读写AD7718片内相关寄存器实现对P1和P2的操作。它们扩展了单片机的I/O接口能力。

AD7718的模拟电源和数字电源是分别供电的，都既可以采用+3V供电，也可以采用+5V供电。但必须一致，要么都用+3V，要么都用+5V。

3片内寄存器

芯片内部寄存器是用户可以使用的资源，通过对这些寄存器的操作实现对器件的配置和控制。AD7718片内有很多寄存器，用户可以使用的寄存器有9组，如表1所示。

表1 AD7718片内寄存器

地址名称符号长度R/W 缺省值

0000 通信寄存器，Communication Register CR 8 W 00H

0000 状态寄存器，Status Register SR 8 R 00H

0001 模式寄存器，MODE Register MR 8 R/W 00H

0010 控制寄存器，ADC Control Register ADCCON 8 R/W 07H

0011 滤波寄存器，Filter Register FR (SF) 8 R/W 45H

0100 数据寄存器，ADC Data Register DATA 24 R 000000H

0101 失调寄存器，ADC Offset Register OF0~4 24 R/W 800000H

0110 增益寄存器，ADC Gain Register GN0~4 24 R/W 5xxxx5H

0111 I/O控制寄存器，I/O Control Register IOCON 8 R/W 00H

所有与AD7718的通信都必须先从写通信寄存器开始，写入的数据决定下一次操作是读还是写，以及读写的是哪一个寄存器。芯片上电或复位后，AD7718等待着写通信寄存器。

状态寄存器SR 是一个8位寄存器（SR7~SR0），但只有4位有意义。其中SR7（RDY ）是数据就绪状态位，与引脚RDY 意义相同，但编码互补。状态RDY =1，表示转换数据已传送到数据寄存器中或校准周期完成；当转换数据被读取后自动清0。当向模式寄存器中写入数据选择转换或校准时，该位也被清0。

模式寄存器MR 用于设置AD7718的工作方式、参考电压、通道配置和模数转换方式等。当MR7（CHOP ）=0，AD7718工作在斩波（chopping ）方式，此时AD7718各种性能最佳，但转换速度较慢。当MR6（NEGBUF ）=1，AINCOM 缓冲输入。此位仅在单端方式时有意义。当MR5（REFSEL ）REFSEL =0，参考电压VREF=REFIN1(+)-REFIN1(-)；REFSEL =1，VREF=REFIN2(+)-REFIN2(-)。当MR4（CHCON ）=0，AD7718配置成8通道（8个单端或4对差分），此时可以选择两种参考电压之一；CHCON =1，AD7718配置成10通道，此时参考电压只能选择REFIN1(+)-REFIN1(-)。当MR3（OSCPD ）=1，若ADC 进入备用模式（standby mode ）时将使振荡器停振，这样可以减少功耗。重新恢复时需要300ms 的时间。MR2~MR0（MD2~MD0）是ADC 模式选择位。用3位组合选择表明AD7718有8种工作模式：掉电、空闲、单次转换、连续转换、零点校正、满幅校正等。

控制寄存器ADCCON 用于配置输入通道、输入范围和转换极性。在选择通道的同时还动态配置输入为差分或伪差分。

滤波器寄存器FR 是一个8位寄存器，用于存放8 bits 滤波器抽取因子SF 。其取值与转换速率有如下关系：当CHOP =0，

3276881

31×××=SF

f

ADC ，SF=13~255；CHOP =1，3276881

××=

SF

f

ADC

，SF=3~255。

I/O 控制寄存器IOCON 实现对2个通用一位I/O 口P1和P2的操作。

ADC 数据结果寄存器DATA 是一个字长24 bits 的寄存器，存放所选通道的24 bits 转换结果。单极性模式时，转换结果的编码为：

224

024.1×××VREF

GAIN AIN ；双极性模式时，转换结果的编码为：

223

)1024.1(

×+××VREF

GAIN AIN 。式中，AIN 为模拟输入电压，GAIN 为增益，VREF 为参考电压。

4 应用实例

4.1 数据采集电路

AD7718的应用比较简单，模拟输入可直接与传感器相连，数字接口（标准的SPI 接口）直接与单片机相连。图2是一个5对差分输入24bits 分辨率的数据采集电路。从图中可以看出：AD7718