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高性能模数转换器ADS1247使用心得分享 发布时间:2020-07-17 阅读人数:

ADS1247是高性能24位模数转换器的典型代表,在包括温度变送器等产品在内的工业测温产品中,使用及其广泛,一下是作者结合实际开发实践,分享自己所总结的有关ADS1247的使用心得。

ADS1247的时钟

可适用内部时钟或者外部时钟。内部时钟是由内部震荡器产生的。如何激活内部时钟呢?上电瞬间或者REET后,检测到CLK引脚为低电平,并且始终为低电平,则激活内部振荡器,使用内部2.048MHz的时钟源。或许你会问,为什么需要时钟源呢?因为内部有德尔塔西格玛调制器,所以必须要有时钟。内部时钟源可以随时通过在CLK上添加时钟信号来关闭内部时钟振荡器,使用外部时钟源。也就是说,内部时钟源可以随时切换为外部时钟源。不过外部时钟源则不能轻易的切换为内部时钟源,除非断电再上电,或者RESET复位ADS1247。

内部时钟振荡器的频率是4.096MHz。REFP0  REFN0,在ADS1246芯片的情况下,能被作为输入端,既可以作为数字输入端,也可以作为外部基准的输入端。

ADS1247的基准

在ADS1247和ADS1248的REFP0和REFN0,可以被配置为IO口。除此之外,ADS1247和ADS1248还有一对引脚,REFP1和REFN1,通过内部的模拟开关,来控制到底接入来自REF0的外部基准还是来自REF1的外部基准。VREFCOM必须接模拟地,,且与模拟地之间的电阻越小越好,如果电阻超过10欧姆,则可能导致VREF不稳定。

VREFOUT引脚上必须接电容。必须必须,切电容容量不低于1uF,最好10uF以上。电容容量越大,电压基准越稳定,越干净。容量过大,带来问题是,上电开始的一段时间,VREFOUT引脚上的电压需要较长的时间才能达到稳定的2.048V。这个时间大约是几个ms以内。这期间如果启动START转换,则会有明显的误差出现。

ADS1247的内部2.048V电压基准,上点之后,默认是关闭状态,为了使用该电压基准,通常在芯片上电后对MUX1寄存器进行设置,从而开启电压基准,此外,该电压基准也是产生激励电流的电流源基准的来源。

ADS1247等效输入端噪声水平受两个因素的影响,其一为PGA增益的大小,通常,增益越大,噪声水平就越低。另一个因素就是转换速率,转换速率越低,ADC的带宽就相应的降低,带宽降低后,ADC总的噪声水平就会降低了。和噪声水平紧密相关的一个参数,是有效位数,自诩研究ADS1247,发现,在数据转换速率为5,10和20的时候,对工频50HZ和60Hz有明显的抑制能力,且转换速率越低,一直能力就越强,转换速率高于20HZ的时候,对工频干扰的抑制能力逐渐降低。

ADS1247的输入端多路复用器的结构

多路复用器又叫模拟开关,该模拟开关由以下几个组成部分,1,实现将激发电流源切换到任意模拟输入端;2,实现模拟输入端正负切换;3,实现偏置电压切换到任意模拟输入端;4,实现将AVDD、AVSS、DVDD。GND、REFP0、REFN0、REFP1、REFN1、内部温度传感器电压切换到输入引脚上。四部分功能。

低噪声PGA(可编程增益放大器)

PGA可设置为1 2 4 8 16 32 64 128

输入信号的范围,共模电压的范围   模拟输入端阻抗


激励电流源
      ADS1247提供了两路良好匹配的激励电流源,这一对激励电流源在热电阻测量中非常有用。三线制热电阻的产生的测量误差,可通过该对电流源消除掉。激励电流可编程为多个档位,包括50uA,100uA,250uA、500uA、750uA、1000uA、1500uA。强调两点:这两路激励电源源是匹配的,可以理解为是相等的;这两路相等的电流源可编程为50uA、100uA、250uA、500uA、750uA、1000uA、1500uA中的任意值。这两路激励电力源可以连接至IEXC1和IEXC2引脚也可以连接至任意的模拟输入端。注意事项:
激励电流源启用的时候,必须开启内部的电压基准,且电压基准外必须要并联10uF以上容量的陶瓷电容。这两路电流源可以共同输出至同一个引脚。

偏置电压
在没有偏置的热电偶测量应用中,偏置电压发生器变得非常实用。
1,偏置电压发生器可以添加在任何模拟输入端。
2,偏置电压发生器的电压是AVDD+AVSS之和的一半。
3,偏置电压可同时加在多个模拟输入端,不过此时这些模拟输入端近似于短接状态,需要特别注意从模拟输入端流出的电流值。
5,偏置电压的建立时间与模拟输入端的电容大小有关,模拟输入端电容容量越大,偏置电压的建立时间就会越长。

笔者思考,偏置电压的开启,模拟输入端是不是等效为一个伪差分出入结构呢?


        传感器断线检测功能
        ADS1247提供了一个某些情况下可以检测输入端传感器(热电阻或者热电偶)故障的功能。当输入传感器断路时,该电流源将输入正的电压拉高到AVDD,同时将AIN-的电压拉低至近似AGND,从而使得AD转换器的读数是一个满度值,因此根据AD转换器的读数是否是满度值,判断输入端传感器是否有断线的情况发生。特别注意的是:由于该电流源将影响精密测量,因此在对输入端信号进行测量的过程中,始终不应该开启该电流源,而是,当一次测量完成后,紧接着开启该电流源,进行短线检测操作。笔者思考,这个功能是不是很鸡肋呢?应该说有一定的创新,有一定的功效,但是不一定是最好的实现输入端断线检测的方法。


芯片功能模式
        上电
         DVDD上电的瞬间,数字电路复位,之后经过2的16次方个时钟周期,上电才算完成。这期间,SPI电路无效。
        RESET

RESET,单独引脚控制完成,主要是寄存器的复位。RESET引脚一旦置低,复位立刻发生,ADS1247将立刻切换为使用内部4.096MHz时钟源,直到RESET引脚恢复为高电平之后0.6ms(内部时钟源为4.096MHz的时候),复位过程才真正完成,之后SPI电路才有效,SPI通信才能正确进行。此外,通过SPI通信,可以向ADS1247发送一个RESET命令,用RESET命令进行复位与采用RESET引脚进行复位,功能上完全相同。

ADS1247的Power-Down 低功耗模式
该模式的作用,降低功率消耗,一旦START引脚为低电平,ADS1247就今日了Power-Down模式;另外通过SPI通信发送SLEEP命令,ADS1247接收到SLEEP命令后也能今进入Power-Down 模式。在Power-Down模式,内部电压基准的状态由MUX1寄存器中的VREFCON寄存器位决定。


        ADS1247转换原理

START引脚从低变为高,将启动模数转换。直到START引脚变为低电平位置。如果START引脚始终钟为高电平,那么模数转换就会连续进行不停止。
通过给START引脚一个高脉冲的方式,START引脚可以用来同步多个通道的模数转换。如果有多个ADS1247,多个ADS1247的数据转换速率设置为一样的值,那么同时接收到START高脉冲信号,将会同时启动模数转换,且同时完成模数转换。因此,START引脚可以用来同步多个模数转换器的多个通道。

通过SPI接口发送命令,也可以启动模数转换,和SLEEP命令相对应的WAKE UP命令,同样可以启动模数转换的过程,需要注意的是,不论是SLEEP命令,还是WAKE UP命令,START引脚始终为高电平时,才有效。且,不同同时使用START引脚和WAKE UP命令。只能二选一。

通过SPI接口发送SYNC命令,同样可以重新启动模数转换,SYNC命令,无论上一次AD转换是否完成,都立刻启动新的AD转换,这一功能,在同步来自多个芯片的转换,或者保持来自多个通道的周期性定时转换的时候,非常管用。

对ADS1247前四个寄存器中的任意一个进行写操作,都会重新启动数字滤波器,这一写动作,在实现寄存器命令改变的同时,和SYNC命令一样,会立刻重新启动模数转换。连续读数据模式,在复位发生后自动进入了,不过对寄存器的读操作,以及对转换结果的读操作都必须在DRDY引脚为低之前完成,否则读数据会出错。




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