AD7656-1菊花链的多通道数据采集接口设计

摘 要 首先，介绍了AD7656-1模／数转换芯片的特点，描述了AD7656-1菊花链(Daisy-Chain)工作原理和配置。然后，设计了基于 AD7656-1菊花链与S3C2410A的多通道数据采集接口方案，同时给出了该方案下两者的硬件配置及接口电路，最后给出了此方案的软件实现方法。
关键词 AD7656-l 菊花链 S3C2410A SPI

引 言
在变电站自动化系统中，常需要对多个三相电压电流信号进行数据采集和处理(如电能质量实时监控)，这时需要实现对多路信号的同时、快速的数据采集。美国模拟器件公司(ADD的AD7656-1是一款16位6通道的模／数转换芯片，内部含有6个独立的A／D转换器，可同时进行A／D转换，具有转换精度高、速度快、功耗低、输入模拟信号幅度大、信噪比高等优点，其突出特点是可通过多个AD7656-1级联形成菊花链实现多个通道同时进行数据采集，并通过一个或多个串口发送数据给主控处理器。以S3C2410A为主控处理器，多个AD7656-1组成菊花链实现多通道、高精度的ADC，在很大程度上可提高数据采集系统的信号采集和处理能力，具有较好的应用前景。

1 AD7656-1的特点
图1为AD7656-1的内部功能框图。其主要特性为：

◆6个独立的16位逐次逼近(SAR)型模数转换器。
◆可通过引脚或软件方式设定输入信号的电压范围(±10 V，±5 V)。
◆最高吞吐率为250 ksps。
◆宽带宽输入高信噪比：输入频率为10 kHz时的信噪比(SNR)为88 db。
◆带有片上2．5 V基准电压源和基准缓冲器。
◆低功耗，5 V供电时在250 kSPS下功耗仅为140 mW。
◆支持并行、串行及菊花链接口模式。
◆高速串行接口，兼容SPI／QSPI／MICROWIRE／DSP。
◆采用iCMOS制造工艺，64引脚的LQFP封装。
应用领域：输电线路监测系统、仪器仪表和控制系统、多轴定位系统。

2 AD7656-1菊花链工作原理及其配置
2．1 AD7656-1菊花链工作原理
AD7656-1有2种接口模式：串行接口模式和并行接口模式。在数据转换时，3个转换信号CONVSTA／B／C用来控制每对或每4个或每6个ADC同时采样。如果将3个CONVST引脚连接在一起接收同一个采样启动信号，就可使6个ADC同时进行采样，此时再将多个AD7656-1级联就可以形成菊花链，实现6N(N=2，3，…，8)个ADC通道同时采样，如图2所示。在CONVSTX的上升沿，ADC被置为保持模式，转换开始。CON-VSTX的上升沿过后，BUSY信号变为高电平表明转换正在进行，3μs后BUSY信号返回低电平表明转换结束。在BUSY信号的下降沿，ADC回到跟踪模式。数据可以通过1～3个串行接口从输出寄存器读出，并由主控处理器接收并存储。AD7656-1采用同步串行接口(SPI)发送数据时，每发送一个比特位数据就要花去一个单位的SCLK脉冲的时间，发送完6个通道的16位数据就要花去96个SCLK脉冲。菊花链中多个AD7656-1通过数据接力传递的方式把数据依次发送给主控处理器，通过采用多个串行接口发送数据可减少发送时间，提高菊花链的数据传递效率。AD7656-1串行数据输出接口及其对应的通道数据关系和发送所需的SCLK脉冲个数关系如表1所列。