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高精度AD转换器LTC1606及其应用
高精度AD转换器LTC1606及其应用 关键词：LTC1606 DSP 数据采集 １ ＬＴＣ１６０６的主要特点 ＬＴＣ１６０６是ＬＩＮＥＡＲ公司生产的具有采样保持功能的１６位 高速ＡＤＣ。该ＡＤＣ分辨率高，采样速率高、功耗小，可在高精度的数据采集 系统中广泛应用。其主要特点如下：●含有１６位采样保持功能的模数转换器；
●２５０ｋＨｚ采样速率，信噪比达９０ｄＢ；
●信号输入范围为±１０Ｖ；
●采用单５Ｖ电源供电，典型功耗为７５ｍＷ；
●片内自带基准源，也可以外接基准源；
●片内自带同步时钟；
●采用２８脚ＳＳＯＰ封装；
●带有和ＭＣＵ兼容的１６位并行输出端口。
２ ＬＴＣ１６０６的引脚介绍及使用说明 ２．１ ＬＴＣ１６０６的引脚介绍 ＬＴＣ１６０６的引脚排列图如图１所示，各引脚功能及使用说明如下：
ＶＩＮ：模拟量输入端，使用时应通过２００Ω的电阻连接到需转换的模 拟输入，满量程为±１０Ｖ；
ＡＧＮＤ１、ＡＧＮＤ２：模拟地；
ＲＥＦ：２．５Ｖ基准源输入端，通常接２．２μＦ的旁路钽电容，也可 以接外部基准源；
ＣＡＰ：基准缓冲输出，应接１０μＦ电容旁路到地；
Ｄ１５～Ｄ８：三态数据输出端，当ＣＳ为高或Ｒ／Ｃ 为低时，输出为 高阻态；
ＤＧＮＤ：数字地；
Ｄ７～Ｄ０：三态数据输出端，当ＣＳ为高或Ｒ／Ｃ 为低时，输出为高 阻态；
ＢＹＴＥ：字节选择端，当ＢＹＴＥ端接低电平时，Ｄ１５～Ｄ０按１６ 位并行输出数据；
当ＢＹＴＥ端接高电平时，高８位和低８位分两次并行输出；
Ｒ／ Ｃ：Ｒｅａｄ／Ｃｏｎｖｅｒｔ输入端，当ＣＳ为低时，在 Ｒ／ Ｃ 端的下降沿启动采样保持器并进行模数转换，并在Ｒ／ Ｃ的上升沿将使能数据 输出；
ＣＳ：片选端，当Ｒ／ Ｃ为低时，在ＣＳ引脚的下降沿启动模数转换， 当Ｒ／Ｃ 为高时，在ＣＳ引脚的下降沿使能数据输出；
ＢＵＳＹ：模数转换状态输出引脚。当进行模数转换时，该引脚输出低电 平，当ＢＵＳＹ端产生一上升沿时，表示模数转换结束，数据输出端有效。当Ｂ ＵＳＹ产生上升沿时，ＣＳ和Ｒ／ Ｃ必须为高；
ＶＡＮＡ：模拟５Ｖ电源输入端，接０．１μＦ的陶瓷电容和１０μＦ的钽 电容旁路到地；
ＶＤＩＧ：数字５Ｖ电源输入端，使用时接到ＶＡＮＡ。
２．２ Ａ／Ｄ转换的启动和数据读取 ＬＴＣ１６０６在ＣＳ和Ｒ／ Ｃ脚的共同作用下，可在下述两种情况下 开始一次Ａ／Ｄ转换：一是当Ｒ／ Ｃ脚为低电平时，将在ＣＳ引脚的脉冲下降 沿启动一次Ａ／Ｄ转换。该负跳变脉冲至少应持续４０ｎｓ，且最大脉冲宽度应 不超过６μｓ。二是当ＣＳ引脚为低电平时，可在Ｒ／ Ｃ脚的脉冲下降沿启动一 次Ａ／Ｄ转换。这种方式对负跳变脉冲的要求与第一种情况相同。
在一次Ａ／Ｄ转换启动后，ＢＵＳＹ脚将变为低电平并保持直至本次转换完成。当ＢＵＳＹ为低时，新的转换命令将不起作用。应注意的是，在ＢＵＳＹ 变高之前，Ｒ／ Ｃ和ＣＳ必须变为高，否则将启动一次无效的转换过程。
ＬＴＣ１６０６的转换结果以二进制补码的形式并行输出。转换结果可按 字 １６位 读取，也可按字节 ８位 分两次读取。在一次转换完成之后，转 换结果送入输出寄存器锁存。当且仅当Ｒ／ Ｃ为高电平而ＣＳ为低电乎时，转 换结果才能被读取。
芯片转换结果输出线的高字节和低字节的位置可用ＢＹＴＥ脚电平的变 化加以改变，这样ＬＴＣ１６０６芯片与１６位数据总线和８位数据总线的微处 理器均能接口，可满足不同的应用场合，从而使ＬＴＣ１６０６具有较广的应用 范围。
３ 高精度数据采集电路设计 ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０ｘ是德州仪器（ＴＩ）公司推出的基于Ｃ２ｘＬ Ｐ １６位定点低功耗的数字信号处理器系列，该系列可用于各种数字伺服控制 和嵌入式控制系统。２４０ｘ系列ＤＳＰ芯片除具有ＤＳＰ芯片共有的速度快的 特点外，最大的特点是片上集成了大量的外围资源，主要包括双存取ＲＡＭ以及 ＦＬＡＳＨ和两个事件管理模块ＥＶＡ、ＥＶＢ，在事件管理模块中主要有以下 功能模块：定时器、ＰＷＭ信号发生器、ＣＡＮ现场总线接口、ＳＣＩ串行通信 接口、看门狗定时器以及通用的双向数字Ｉ／Ｏ端口等。
笔者在研究海洋重力传感器的信号提取过程中，为了实现高精度的信号采 集 进行了大量的数据处理运算，并且以此为基础实现了伺服控制。应用时采用 ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ作为这个系统的主控芯片，通过ＬＴＣ１６０６实 现对模拟信号的采集和模数转换，图２所示为数据采集部分的电路原理图。
在图２所示的电路中，在５Ｖ供电的ＬＴＣ１６０６和３．３Ｖ供电的Ｔ ＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ之间加上了两片１６位的总线驱动器。这样，ＬＴＣ １６０６接地可使其工作在１６位并行输出方式下，这样可以很方便地实现和１ ６位ＤＳＰ的接口设计。为使ＬＴＣ１６０６的控制逻辑变得比较简单，可将Ｃ Ｓ接地。在这种情况下，如果Ｒ／ Ｃ引脚变低，ＬＴＣ１６０６将对输入信号 进行采样保持，并开始模数转换。而在模数转换过程中，ＢＵＳＹ将变低，直到 转换结束，此时微处理器将从ＬＴＣ１６０６的数据端口读出模数转换结果。在用ＤＳＰ对ＬＴＣ１６０６进行控制时，可用ＤＳＰ的一次“假写”操作 将ＷＥ引脚置低，并使ＬＴＣ１６０６ Ｒ／ Ｃ引脚变低，从而启动ＬＴＣ１６ ０６进行模数转换。在转换结束时，再由状态引脚ＢＵＳＹ的上升沿信号产生Ｄ ＳＰ的外部中断ＸＩＮＴ１所需的中断源信号，从而在ＤＳＰ的中断程序中读出 模数转换结果，并进行相应处理，然后启动下一次模数转换。值得注意的是，Ｔ ＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ的ＸＩＮＴ１外部中断的极性是可编程的，在该系统 中，必须将其编程为上升沿触发。
图３所示为ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ控制ＬＴＣ１６０６进行一次 模数转换的时序图，在编制ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ的数据采集程序时，采 用汇编语言具有较高的效率，下面给出和数据采集相关的初始化程序和读取模数 转换结果的中断子程序：
（１） 数据采集初始化子程序 ＡＤＩＮＩＴ ＳＥＴＣ ＩＮＴＭ ;关总中断 ＣＬＲＣ ＳＸＭ ＣＬＲＣ ＯＶＭ ＣＬＲＣ ＣＮＦ ;Ｂ０区被配置为数据空间 ＳＰＬＫ ＃０Ｅ８Ｈ,ＷＤＣＲ ;不使能ＷＤＴ ＬＤＰ ＃０Ｅ１Ｈ ＬＡＣＬ ＭＣＲＡ ＯＲ ＃０４Ｈ ＳＡＣＬ ＭＣＲＡ ;配置串行口引脚为特殊功能:ＸＩＮＴ１ ＬＤＰ ＃０Ｅ０Ｈ ;指向７０００ｈ～７０８０ｈ区 ＳＰＬＫ ＃０００５Ｈ,ＸＩＮＴ１ＣＲ ;使能ＸＩＮＴ１中断，并将Ｘ ＩＮＴ１设为高优先级，同时使其在上升沿时产生中断ＬＤＰ ＃０Ｈ ＳＰＬＫ ＃０００１Ｈ,ＩＭＲ ;使能中断第１级ＩＮＴ１ ＳＰＬＫ ＃０ＦＦＦＦＨ,ＩＦＲ ;清全部中断标志 ＣＬＲＣ ＩＮＴＭ ;开总中断 ＲＥＴ （２） 据采集中断子程序 ＧＩＳＲ１: ;优先级ＩＮＴ１中断入口保护现场 ＬＤＰ ＃０Ｅ０Ｈ ＬＡＣＣ ＰＩＶＲ,１ ;读取外设中断向量寄存器（ＰＩＶＲ）,并左移 一位 ＡＤＤ ＃ＰＶＥＣＴＯＲＳ ;加上外设中断入口地址 ＢＡＣＣ ;跳到相应的中断服务 子程序 ＡＤＲＥＡＤ_ＩＳＲ: ;读取模数转换结果中断程序 ＬＤＰ ＃０Ｈ ＩＮ ＡＤＲＥＳＵＬＴ,０ＦＦＦＦＨ ;读取Ａ／Ｄ转换结果，将其存 于变量ＡＤＲＥＲＵＬＴ中 ＣＡＬＬ ＤＡＴＡＭＡＮＡＧＥ ;调数据处理函数 ＬＤＰ ＃０Ｈ ＳＰＬＫ ＃０ＦＨ , ＳＴＡＲＴＡＤ ＯＵＴ ＳＴＡＲＴＡＤ , ０ＦＦＦＥＨ ;启动Ａ／Ｄ转换ＣＬＲＣ ＩＮＴＭ ;开总中断,因为一进中断就自动关闭总中断 ＲＥＴ ;中段返回 ４ 结束语 由模数转换器ＬＴＣ１６０６和ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ构成的数 据采集电路中，其外围电路和接口均很简单，利用ＬＴＣ１６０６的高分辨率和 ＤＳＰ的高速性能可满足高精度的数据采集要求，并能完成大量复杂的数据处理 工作，从而兼顾了数据采集处理的高精度和高速性，因此，具有广泛的适用范围。
