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带自校准功能的精密ADC芯片ADS1100及其应用
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刘文豫 东南大学集成电路学院
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概述 单周期转换; 精度:0.0125%(FSR MAX);
上电和复位 ADS1100上电时会自动复位并将控制字寄存器设置成默认值。此外,它也能响应I2C复位指令(全局调用复位指令GENERAL CALL RESET:地址字节是00H接着是数据字节06H),在接收到复位指令后,ADS1100将执行内部复位,此时如果正在转换,则中断,输出寄存器置0,并将控制字寄存器恢复默认值。 ADS1100的I2C地址 ADS1100的I2C地址是1001xxxB,其中"xxx"由厂家设定,ADS1100有8个不同的I2C地址(从000到111)。根据I2C的不同地址可分为8个独立器件,其各自封装的打标字样(在芯片的顶部)如表3所列。
输出编码是一个和输出电压成正比例的数,并与位数相关,而位数又与转换速率有关,它们的对应如表4所列。
输出编码=-1×最小编码×PGA× 如转换速率是16SPS,PGA=2,那么: 输出编码=16384×2× 注意,最大输出编码和最小输出编码的绝对值是不同的,位数为n的最大编码是2n-1-1,最小编码是-1·2n-1,另外,表5给出了不同输入电平所对应的输出编码。
ADS1100有两个寄存器,输出寄存器和控制字寄存器,输出寄存器用于存放最后一次的转换结果,控制字寄存器则可以改变ADS1100的操作模式和进行状态查询。 (1)输出寄存器 16位的输出寄存器存储的是以二进制补码表示的最后一次的转换结果,在ADS1100复位或上电之后,输出寄存器清零,输出寄存器的格式如表6所示。
8位控制字寄存器用于控制ADS1100的工作模式,转换速率和PGA设置,控制字寄存器的格式如表7所列,默认值是8CH。现将各位说明如下:
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| 位7(ST/BSY):在单次转换模式下,向ST/BSY写入1可使一次开始,写入0无影响,在连续转换模式下,ADS1100忽略写入ST/BSY的值。 另外,在单次转换模式下,如果ST/BSY读到了1值,表明A/D转换器正忙,即正在转换中;如果是0,则表明当前没有转换工作,输出寄存器保存的是最后一次的转换结果,在连续模式下,ST/BSY总是读到1。 位6-5:保留字。使用时必须设置成0。 位4(SC):用于控制ADS1100是连续转换模式还是单次转换模式,当SC为1时,ADS1100是单次转换模式(Single Conversion),为0则为连续转换模式,该位的默认值是0。位3-2(DR);用于控制ADS1100的转换速率,见表8所列。
ADS1100有两种工作模式:连续转换模式和单次转换模式,连续转换模式下,当一次转换结束后,ADS1100将结果放入输出寄存器并立刻开始下一次转换,ST/BSY位在控制字寄存器中始终读到的是1。 如果是单次转换模式,则在ST/BSY位被置1后,ADS1100上电并执行一次转换,转换结束后,ADS1100会把结果放入输出寄存器,并复位ST/BSY成0,关断电源。在转换中,ST/BSY置1无效,如果要从连续模式切换到单次模式,ADS1100可在执行完当前转换后ST/BSY置0,然后断电。 读/写操作 ADS1100的输出寄存器和控制字寄存器的内容是可读的。要读ADS1100,可将其设为读状态(7位的ADS1100地址后加1位高电平有效的读信号,高位在前,如ADS1100A0则是10010001),以读取三个字节的内容,其中前两个字节是输出寄存器的内容(高位在前),第三个字节是控制字寄存器的内容(高位在前,从第四个字节开始起均为FFH。如果只想知道输出寄存器的内容是否合理,可仅读取前两个字节而忽略其后的字节。 ADS1100的输出寄存器是只读的,只能向控制字寄存器写内容,写的方法是将ADS1100设置为写(在ADS1100地址后加1位低电平有效的写信号,高位在前),然后写入一个字节(高位在前)。ADS1100忽略在第一个字节以后的内容。 应用实例 下面给出ADS1100的一些具体应用电路。 基本连接 ADS1100的基本连线电路如图3所示,因为ADS1100的输入只能接受正电压,因此两个模拟量输入端都接正电压,由于ADS1100在转换时会从电源拉电流而产生短暂的尖脉冲,因此要在电源端加旁路电容,因此,由于SDA和SCL端是漏极开路结构,故也需要接上拉电阻。
多个ADS1100连接电路 图4是三个ADS1100连接到单一总线的例子。注意,每个总线只需要一组上拉电阻,这时上拉电阻的阻值可以忽略减小一点。
虽然ADS1100是全差分输入结构,但它也能采样测量单端信号如表5所示,ADS1100配置成单端输入采样测量方式就是两个输入端的其中一个接地,通常选择VIN-,将输出信号连到VIN+。单端信号的极限范围从-0.2V到VDD+0.3V。 基于ADS1100的惠斯通电桥 ADS1100有全差分高阻抗输入级和内部增益电路,可以很好的用于电桥采样测量电路中如图6所示。
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