高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1247使用心得分享 發(fā)布時(shí)間：2020-07-17 閱讀人數(shù)：
ADS1247是高性能24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的典型代表，在包括溫度變送器等產(chǎn)品在內(nèi)的工業(yè)測溫產(chǎn)品中，使用及其廣泛，一下是作者結(jié)合實(shí)際開發(fā)實(shí)踐，分享自己所總結(jié)的有關(guān)ADS1247的使用心得。
ADS1247的時(shí)鐘
可適用內(nèi)部時(shí)鐘或者外部時(shí)鐘。內(nèi)部時(shí)鐘是由內(nèi)部震蕩器產(chǎn)生的。如何激活內(nèi)部時(shí)鐘呢？上電瞬間或者REET后，檢測到CLK引腳為低電平，并且始終為低電平，則激活內(nèi)部振蕩器，使用內(nèi)部2.048MHz的時(shí)鐘源。或許你會問，為什么需要時(shí)鐘源呢？因?yàn)閮?nèi)部有德爾塔西格瑪調(diào)制器，所以必須要有時(shí)鐘。內(nèi)部時(shí)鐘源可以隨時(shí)通過在CLK上添加時(shí)鐘信號來關(guān)閉內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，使用外部時(shí)鐘源。也就是說，內(nèi)部時(shí)鐘源可以隨時(shí)切換為外部時(shí)鐘源。不過外部時(shí)鐘源則不能輕易的切換為內(nèi)部時(shí)鐘源，除非斷電再上電，或者RESET復(fù)位ADS1247。
內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器的頻率是4.096MHz。REFP0 REFN0，在ADS1246芯片的情況下，能被作為輸入端，既可以作為數(shù)字輸入端，也可以作為外部基準(zhǔn)的輸入端。
ADS1247的基準(zhǔn)
在ADS1247和ADS1248的REFP0和REFN0，可以被配置為IO口。除此之外，ADS1247和ADS1248還有一對引腳，REFP1和REFN1，通過內(nèi)部的模擬開關(guān)，來控制到底接入來自REF0的外部基準(zhǔn)還是來自REF1的外部基準(zhǔn)。VREFCOM必須接模擬地，，且與模擬地之間的電阻越小越好，如果電阻超過10歐姆，則可能導(dǎo)致VREF不穩(wěn)定。
VREFOUT引腳上必須接電容。必須必須，切電容容量不低于1uF，最好10uF以上。電容容量越大，電壓基準(zhǔn)越穩(wěn)定，越干凈。容量過大，帶來問題是，上電開始的一段時(shí)間，VREFOUT引腳上的電壓需要較長的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定的2.048V。這個(gè)時(shí)間大約是幾個(gè)ms以內(nèi)。這期間如果啟動START轉(zhuǎn)換，則會有明顯的誤差出現(xiàn)。
ADS1247的內(nèi)部2.048V電壓基準(zhǔn)，上點(diǎn)之后，默認(rèn)是關(guān)閉狀態(tài)，為了使用該電壓基準(zhǔn)，通常在芯片上電后對MUX1寄存器進(jìn)行設(shè)置，從而開啟電壓基準(zhǔn)，此外，該電壓基準(zhǔn)也是產(chǎn)生激勵電流的電流源基準(zhǔn)的來源。
ADS1247等效輸入端噪聲水平受兩個(gè)因素的影響，其一為PGA增益的大小，通常，增益越大，噪聲水平就越低。另一個(gè)因素就是轉(zhuǎn)換速率，轉(zhuǎn)換速率越低，ADC的帶寬就相應(yīng)的降低，帶寬降低后，ADC總的噪聲水平就會降低了。和噪聲水平緊密相關(guān)的一個(gè)參數(shù)，是有效位數(shù)，自詡研究ADS1247，發(fā)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率為5,10和20的時(shí)候，對工頻50HZ和60Hz有明顯的抑制能力，且轉(zhuǎn)換速率越低，一直能力就越強(qiáng)，轉(zhuǎn)換速率高于20HZ的時(shí)候，對工頻干擾的抑制能力逐漸降低。
ADS1247的輸入端多路復(fù)用器的結(jié)構(gòu)
多路復(fù)用器又叫模擬開關(guān)，該模擬開關(guān)由以下幾個(gè)組成部分，1，實(shí)現(xiàn)將激發(fā)電流源切換到任意模擬輸入端；2，實(shí)現(xiàn)模擬輸入端正負(fù)切換；3，實(shí)現(xiàn)偏置電壓切換到任意模擬輸入端；4，實(shí)現(xiàn)將AVDD、AVSS、DVDD。GND、REFP0、REFN0、REFP1、REFN1、內(nèi)部溫度傳感器電壓切換到輸入引腳上。四部分功能。
低噪聲PGA（可編程增益放大器）
PGA可設(shè)置為1 2 4 8 16 32 64 128
輸入信號的范圍，共模電壓的范圍 模擬輸入端阻抗
激勵電流源
ADS1247提供了兩路良好匹配的激勵電流源，這一對激勵電流源在熱電阻測量中非常有用。三線制熱電阻的產(chǎn)生的測量誤差，可通過該對電流源消除掉。激勵電流可編程為多個(gè)檔位，包括50uA，100uA，250uA、500uA、750uA、1000uA、1500uA。強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：這兩路激勵電源源是匹配的，可以理解為是相等的；這兩路相等的電流源可編程為50uA、100uA、250uA、500uA、750uA、1000uA、1500uA中的任意值。這兩路激勵電力源可以連接至IEXC1和IEXC2引腳也可以連接至任意的模擬輸入端。注意事項(xiàng)：
激勵電流源啟用的時(shí)候，必須開啟內(nèi)部的電壓基準(zhǔn)，且電壓基準(zhǔn)外必須要并聯(lián)10uF以上容量的陶瓷電容。這兩路電流源可以共同輸出至同一個(gè)引腳。
偏置電壓
在沒有偏置的熱電偶測量應(yīng)用中，偏置電壓發(fā)生器變得非常實(shí)用。
1，偏置電壓發(fā)生器可以添加在任何模擬輸入端。
2，偏置電壓發(fā)生器的電壓是AVDD+AVSS之和的一半。
3，偏置電壓可同時(shí)加在多個(gè)模擬輸入端，不過此時(shí)這些模擬輸入端近似于短接狀態(tài)，需要特別注意從模擬輸入端流出的電流值。
5，偏置電壓的建立時(shí)間與模擬輸入端的電容大小有關(guān)，模擬輸入端電容容量越大，偏置電壓的建立時(shí)間就會越長。
筆者思考，偏置電壓的開啟，模擬輸入端是不是等效為一個(gè)偽差分出入結(jié)構(gòu)呢？
傳感器斷線檢測功能
ADS1247提供了一個(gè)某些情況下可以檢測輸入端傳感器（熱電阻或者熱電偶）故障的功能。當(dāng)輸入傳感器斷路時(shí)，該電流源將輸入正的電壓拉高到AVDD，同時(shí)將AIN-的電壓拉低至近似AGND，從而使得AD轉(zhuǎn)換器的讀數(shù)是一個(gè)滿度值，因此根據(jù)AD轉(zhuǎn)換器的讀數(shù)是否是滿度值，判斷輸入端傳感器是否有斷線的情況發(fā)生。特別注意的是：由于該電流源將影響精密測量，因此在對輸入端信號進(jìn)行測量的過程中，始終不應(yīng)該開啟該電流源，而是，當(dāng)一次測量完成后，緊接著開啟該電流源，進(jìn)行短線檢測操作。筆者思考，這個(gè)功能是不是很雞肋呢？應(yīng)該說有一定的創(chuàng)新，有一定的功效，但是不一定是最好的實(shí)現(xiàn)輸入端斷線檢測的方法。
芯片功能模式
上電
DVDD上電的瞬間，數(shù)字電路復(fù)位，之后經(jīng)過2的16次方個(gè)時(shí)鐘周期，上電才算完成。這期間，SPI電路無效。
RESET
RESET，單獨(dú)引腳控制完成，主要是寄存器的復(fù)位。RESET引腳一旦置低，復(fù)位立刻發(fā)生，ADS1247將立刻切換為使用內(nèi)部4.096MHz時(shí)鐘源，直到RESET引腳恢復(fù)為高電平之后0.6ms（內(nèi)部時(shí)鐘源為4.096MHz的時(shí)候），復(fù)位過程才真正完成，之后SPI電路才有效，SPI通信才能正確進(jìn)行。此外，通過SPI通信，可以向ADS1247發(fā)送一個(gè)RESET命令，用RESET命令進(jìn)行復(fù)位與采用RESET引腳進(jìn)行復(fù)位，功能上完全相同。
ADS1247的Power-Down 低功耗模式
該模式的作用，降低功率消耗，一旦START引腳為低電平，ADS1247就今日了Power-Down模式；另外通過SPI通信發(fā)送SLEEP命令，ADS1247接收到SLEEP命令后也能今進(jìn)入Power-Down 模式。在Power-Down模式，內(nèi)部電壓基準(zhǔn)的狀態(tài)由MUX1寄存器中的VREFCON寄存器位決定。
ADS1247轉(zhuǎn)換原理
START引腳從低變?yōu)楦撸瑢幽?shù)轉(zhuǎn)換。直到START引腳變?yōu)榈碗娖轿恢谩Ｈ绻鸖TART引腳始終鐘為高電平，那么模數(shù)轉(zhuǎn)換就會連續(xù)進(jìn)行不停止。
通過給START引腳一個(gè)高脈沖的方式，START引腳可以用來同步多個(gè)通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換。如果有多個(gè)ADS1247，多個(gè)ADS1247的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率設(shè)置為一樣的值，那么同時(shí)接收到START高脈沖信號，將會同時(shí)啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換，且同時(shí)完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。因此，START引腳可以用來同步多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的多個(gè)通道。
通過SPI接口發(fā)送命令，也可以啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換，和SLEEP命令相對應(yīng)的WAKE UP命令，同樣可以啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程，需要注意的是，不論是SLEEP命令，還是WAKE UP命令，START引腳始終為高電平時(shí)，才有效。且，不同同時(shí)使用START引腳和WAKE UP命令。只能二選一。
通過SPI接口發(fā)送SYNC命令，同樣可以重新啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換，SYNC命令，無論上一次AD轉(zhuǎn)換是否完成，都立刻啟動新的AD轉(zhuǎn)換，這一功能，在同步來自多個(gè)芯片的轉(zhuǎn)換，或者保持來自多個(gè)通道的周期性定時(shí)轉(zhuǎn)換的時(shí)候，非常管用。
對ADS1247前四個(gè)寄存器中的任意一個(gè)進(jìn)行寫操作，都會重新啟動數(shù)字濾波器，這一寫動作，在實(shí)現(xiàn)寄存器命令改變的同時(shí)，和SYNC命令一樣，會立刻重新啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換。連續(xù)讀數(shù)據(jù)模式，在復(fù)位發(fā)生后自動進(jìn)入了，不過對寄存器的讀操作，以及對轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀操作都必須在DRDY引腳為低之前完成，否則讀數(shù)據(jù)會出錯(cuò)。
