AD976及其在三分量智能检波器中的应用

发布时间:2007/8/23 0:00:00 访问次数:502

文章作者：王怀秀朱国维

摘要：介绍了快速、低功耗模数转换器件ＡＤ９７６的主要特点、引脚功能及转换模式，给出了ＡＤ９７６在三分量智能检波器中的应用实例。

关键词：AD976；多通道采集；三分量智能检波器

数据采集系统中的采集信号能否满足要求，在很大程度上取决于模数转换器的选取及使用。为了满足三分量智能检波器设计中多通道、高分辨率、高采样率的性能要求，通过多方比较，笔者选用了适合要求的模数转换器ＡＤ９７６，并采用相应的设计技巧达到了多通道快速数据采集的要求。

１ＡＤ９７６芯片介绍

１．１ＡＤ９７６的特点

ＡＤ９７６是ＡＤ公司生产的模数转换器，它是采用电荷重分布技术的逐次逼近型模数转换器，其结构比传统逼近型ＡＤＣ简单，且不再需要完整的模数转换器作为核心。由于电容网络直接使用电荷作为转换参量，而且这些电容已经达到了采样电容的作用，因而不必另加采样保持器。特别是由于使用电容网络代替电阻网络，消除了电阻网络中因温度变化及激光修调不当所引起的线性误差。ＡＤ９７６的内部校准功能可在用户不做任何调整的情况下，消除芯片内部的零位误差和由于电容不匹配造成的误差。ＡＤ９７６的主要特点如下：

●带有高速并行接口；

●最高采样速率可达１００ｋＳＰＳ，同型号的ＡＤ９７６Ａ的采样速率可达２００ｋＳＰＳ；

●功耗低，采用单５Ｖ电源供电，最大功耗仅为１００ｍＷ；

●精度高，具有１６位分辨率，其最大积分非线性误差仅为２ＬＳＢ，并可做到１６位不失码；

●可选内部或外部的２．５Ｖ参考电源；

●带有片上时钟。

１．２内部结构和引脚说明

图１是ＡＤ９７６的内部结构框图，该芯片内含逐次逼近型、开关电容式ＡＤＣ、高速并行接口、转换控制逻辑、校准电路及２．５Ｖ内部参考源。

图２是ＡＤ９７６的引脚排列，其主要引脚功能如下：

Ｄ０～Ｄ１５：１６位数据转换结果输出引脚；

ＶＩＮ：模拟电压输入，输入电压范围为±１０Ｖ；

ＲＥＦ：参考电压输入／输出引脚，该引脚可接内部的２．５Ｖ参考电压，也可选用外部的参考源。通常需在ＡＧＮＤ１和ＲＥＦ引脚之间连接一个２．２μＦ的钽电容；

ＣＡＰ：参考缓冲输出，在ＣＡＰ和ＡＧＮＤ２引脚之间也需连接一２．２μＦ的钽电容；

ＶＡＮＡ：模拟电源引脚，通常接＋５Ｖ；

ＡＧＮＤ１：模拟地，用于ＲＥＦ引脚的参考点；

ＡＧＮＤ２：模拟地；

ＶＤＩＧ：数字电源引脚，通常接＋５Ｖ；

ＤＧＮＤ：数字地；

Ｒ／Ｃ：读／转换输入，当ＣＳ引脚为低电平时，可在Ｒ／Ｃ引脚的下降沿使内部采样／保持器进入保持状态并起动一次转换；

ＣＳ：片选信号输入，当Ｒ／Ｃ引脚为低电平时，可在ＣＳ引脚的下降沿起动一次转换；当Ｒ／Ｃ引脚为高电平时，在ＣＳ引脚的下降沿输出数据位有效；当ＣＳ引脚为高电平时，输出数据位将呈高阻状态；

ＢＵＳＹ：状态输出；
ＢＹＴＥ：字节选择引脚，ＢＹＴＥ为低电平时，６～１３引脚上的数据为高字节，１５～２２引脚上的数据为低字节；当ＢＹＴＥ为高电平时，６～１３引脚上的数据为低字节，１５～２２引脚上的数据为高字节。

１．３ＡＤ９７６的转换控制和时序

ＡＤ９７６有两种转换模式，第一种转换模式的时序如图３所示。在这一模式中，ＣＳ引脚固定为低电平，转换时序由Ｒ／Ｃ信号的负跳变控制，该信号脉冲宽度至少应为５０ｎｓ。当Ｒ／Ｃ变为低电平并延迟ｔ３后，ＢＵＳＹ信号将变为低电平直到转换完成。转换结束后，移位寄存器中的数据将被新的二进制补码数据所更新。该模式下的采样速率可由Ｒ／Ｃ信号的负脉冲间隔来决定即图３中的ｔ１３　。

第二种转换模式的时序如图４所示。该模式通过Ｒ／Ｃ信号来控制转换及输出数据的读出过程。在这一模式中，Ｒ／Ｃ信号的下降沿必须比ＣＳ脉冲（脉冲宽宽４０ｎｓ）至少提前１０ｎｓ送到模数转换器的输入引脚，一旦这两个负脉冲到来，并延迟ｔ３后，ＢＵＳＹ信号将变为低电平直到转换完成，同时将在最多８μｓ（１００ｋＳＰＳ时）后将ＢＵＳＹ信号返回高电平，这时，转换结果在Ｄ０～Ｄ１５上的数据有效。

２在三分量智能检波器中的应用

２．１信号调理及ＡＤ的连接

在三分量智能检波器的设计中，笔者使用ＡＤ９７６来完成模数转换。同时，在设计中，为了节约成本及空间，在数据采集中采用多通道共用一个ＡＤＣ的方式。模拟输入信号来自三个分量的检波器，其中一个分量用于拾取纵波信号，另两个分量用于拾取横波信号。由于检波器拾取信号的大小与震源、地质结构等因素有关，因此，信号的动态范围一般较大，弱信号可低至微伏级