AD7705-模数转换器-工作原理介绍

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AD7705是AD公司的一款新型16位AD转换器。该器件包括由放大器（PGA）和缓冲器组成的前端模拟调节电路、可编程数字滤波器、调制器。可以通过传感器直接测量多通道小信号进行AD转换，适用于直流和低频交流信号测量应用。

它具有低功耗特性（3V时最大1mW），可用于环路供电、本地供电或电池供电的应用。片上具有可提供从1到128增益设置的可编程增益放大器，允许高低电平模拟输入，而无需外部信号对硬件进行调节。AD7705采用SPI和SPIQ兼容三线串行口，可以方便地连接各种微控制器或DSP，而且还可以大大节省并行接口模式CPU的 I/O口。

AD7705的CS需置低电平。DRDY状态通过使用数字滤波器和其他组件监视DRDY线。可以通过传感器直接测量多通道小信号AD转换。该器件具有高分辨率、自校准能力、优异的抗噪声性能以及低功耗等特点，适合仪器仪表领域的应用。

如果外部连接晶振、精密参考源和去耦电容，可以进行连续AD转换。它使用低成本、高分辨率的转换技术来实现16位无错误数据输出。这符合对分辨率要求高，但对数字转换要求并不高的应用，如智能仪表产品和数字音频产品。以下对芯片的几个重要部分以及特性进行简要的说明。

AD7705片上增益可编程放大器有8种增益可以选择，分别为1、2、4、8、16、32、64以及128，允许各种输入信号放大至接近AD转换芯片的满刻度电压，然后进行AD转换，这将有助于提高转换质量。当电源电压为5V，参考电压为21V时，芯片可接受20mV至215V范围内的单极信号，±20mV至±215V的双极信号。

必须注意的是，这里的负电压是相对于AIN（-）的，这两个引脚应该被偏置到适当的正电位。输入模拟信号由AD连续转换。采样频率fs由主频率clk和增益决定。增益（16至128）通过多次样本并使用参考电容与输入电容的比值来获得。

其中，器件产生的噪声大部分来源于半导体量化噪声。PGA放大频率和滤波第一陷波频率越低，半导体量化噪声输出越小，AD的分辨率越高。

为了提高AD转换的质量，AD7705提供了两个功能选项：自校准和系统校准。当工作电压和环境温度变化时，或者设备工作状态的改变，如输入通道的切换、增益，信号输入范围的变化及数字滤波器第一陷波频率变化等，则必须进行校准。

偏置电压校准零刻度，在内部产生的VREF电压和选定增益条件下执行满量程校准。在已定增益下，在外部向AIN（+）侧先施加零电压，然后施加满刻度电压，首先校准零刻度点，然后校准满刻度点。基于零刻度和满刻度校准数据，片上微控制器对转换器输入输出转换的偏移和增益进行计算，并补偿误差。

AD7705包括五个串行数据接口，其中数据输入端D_IN，串行时钟输入端S_CLK，转换数据输出端D_OUT，芯片选择输入端CS用于传输数据，状态信号输出DRDY端用于指示输出数据寄存器数据是否准备就绪。当DRDY 端电平置低时，转换的数据可用; 当DRDY端电平置高时，输出更新数据，无法读取。根据设定的数据输出进行速率更新A / D转换处理。任何操作都必须向对应的片上寄存器添加新的编程指令。

AD7705包括通过器件串行端口访问的8个寄存器。第1个为通信寄存器，它确定下一个操作是读还是写到哪个寄存器，并控制对哪个输入通道采样。与设备的所有通信必须首先写入通信寄存器。其寄存器选择位RS2〜RS0确定哪个寄存器访问下一个操作，输入通道选择位CH0，CH1决定转换或访问校准数据的输入通道。第2个为设置寄存器，它是一个8位寄存器，用于设置校准方法、工作模式等。第3个位时钟寄存器，它也是可读可写的8位寄存器，主要用于设置AD芯片工作频率参数和AD转换的输出速率。第4个为数据寄存器，它是16位只读寄存器，用于存储AD芯片的转换结果。

值得注意，数据手册显示它是16位寄存器，但实际上它是由两个8位存储单元组成，输出MSB在前，如果接收单片机需要LSB在前。其他寄存器是测试寄存器，满量程校准寄存器，零标度校准寄存器等，用于测试并存储校准数据，同时用来分析噪声误差。

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