8通道24位∑型模数转换器ADS1256原理及特点

1、8通道24位-型模数转换器ADS1256原理及特点ADS1256是TI公司Burr-Brown产品线推出的微功耗、高精度、8通道、24位-工型高性能模数转换器（ADC）。该器件提供高达23比特的无噪声精度、数据速率高达30kSPS（次采样/秒）、0.0010%非线性特性（最大值）以及众多的板上外设（输入模拟多路开关、输入缓冲器、可编程增益放大器和可编程数字滤波器等），可为设计人员带来完整而高分辨率的量测解决方案。ADS1256采用SSOP-28封装，1000颗采购量零售单价为8.95美元。其主要特点如下：1.24位无数据丢失；高达23比特的无噪声精度；低非线性度：0.0010%；数据采样率可达

2、30kSPS；采用单周期转换模式；带有模拟多路开关，具有传感器检测功能（可配置为4路差动输入和8路单极输入）；7带有输入缓冲器（BUF）；8带有串行外设接口（SPI）；9内含可编程增益放大器（PGA），PGA=1时，可提供高达25.3位的有效分辨率；PGA=64时，可提供高达22.5位的有效分辨率；PGA噪声低；所有的PGA均具有自校准和系统校准；模拟输入电压为5V，数字电压为1.83.6V；正常模式下功耗低至38mW,备用模式下功耗为0.4mW。ADS1256的内部结构如图1所示。该器件主要由模拟多路开关（MUX）、输入缓冲器（BUF）、可编程增益放大器（PGA）、四阶-工调制器、可编程数字

3、滤波器、时钟发生器、控制器和串行SPI接口等组成。由于ADS1256提供有九路模拟输入端，因此，可使用模拟多路开关寄存器来将其配置为4路差动输入、8路单极输入或差动输入和单极输入的组合。当模拟输入通道0被选择为正差动输入端（AINP）时，其余通道可被选择为负差动输入端（AINN）o通常，输入引脚的选择是没有限制的，但是为了得到最佳的模拟性能，推荐如下的引脚连接方式:AYDDXTUl/ClK1NXI.UiRIlSE-TSlSC/PDNDIM-doltMl川I以JIIUGNUHIWS125b山部纪冈怪I賂夬善S测抬樹jboy1.作差动测量时，一般将AIN0AIN7作为输入端，不用AINCOM；2作

4、单极测量时，一般将AIN0AIN7作为单极输入端；AINCOM作为公共输入端，但是不把AINCOM接地；3.将未用的模拟输入引脚悬空，这样有利于减小输入泄漏电流。ADS1256采用四线制（时钟信号线SCLK、数据输入线DIN、数据输出线DOUT和偏片选线CS）SPI通信方式,只能工作在SPI通信的从模式下。设计时可以通过各种主控制器（如单片机等）来控制ADS1256片上的寄存器,并通过串口读写这些寄存器。串口通信时，必须保持CS为低电平。DRDY引脚用来表明转换已经完成，可以通过RDADA或者RDATAC命令从DOUT引脚读取最新的转换数据。在SPI通信过程中，可同步地发送和接收数据，而且数据

5、也可来利用SCLK和DIN、DOUT信号同步移动。SCLK信号要尽量保持干净以免发生数据错误，在SCLK的上升沿,可通过DIN向ADS1256发送数据，而在SCLK的上升沿，可通过DOUT从ADS1256读取数据。DIN和DOUT也可以通过一条双向信号线与主控制器相连，但在这种情况下，一定不能用RDATAC命令来读取数据。图2为SPI通信时序关系。阳2SPI通信时序罔ADS1256有四个通用数字I/O口，所有的I/O口都可以通过IO寄存器设置为输入或输出。通过IO寄存器的DIR位可对每一个脚的输入或输出进行设置；DIO位用于控制每一个脚的状态。通过D0脚可设置一个时钟发生器以供别的设备使用（如

6、微控制器等）此时钟可以通过ADCON寄存器的CLK0和CLK1位设置成fCLKIN、fCLKIN/2、fCLKIN/4。把DO作为时钟要增加电压的消耗，因此，如果不需要时钟输出功能，最好在上电或者复位后通过写ADCON寄存器使其处于无效状态。不用的IO引脚可以作为输入接地，也可以设置为输出，这样有利于减小电源消耗。ADS1256的主时钟可以由外部晶振或时钟发生器提供。由外部晶振产生时，PCB布线板上的晶振应该尽量地靠近ADS1256。为了保证能够起振并得到一个稳定频率，可使用一个外部电容（一般使用陶瓷电容）。晶振频率一般选择7.68MHz（即fCLKIN=7.68MHz）。ADS1256可通过

7、复位引脚RESETfRESET命令和特殊串口通信时钟SCLK三种方式进行复位。ADS1256的同步操作则有SYNC/PDWN引脚和SYNC命令两种方式。ADS1256工作过程的建立主要是通过对11个独立寄存器的设置来完成，这些寄存器包括了所有需要设置的信息,如采样速度、模拟多路开关、PGA设置、I/O选择、自校准等。表1给出了ADS1256的主要寄存器状态，其中包括：状态寄存器STATUS、模拟多路开关寄存器MUXfAD控制寄存器ADCON和数据速度寄存器DRATE。贏1ADSO托蚊林廿噩BIT6BIBSTATUS：Xlll滋DMiltbLii1AC.V.WMtJXMlPSEUKELIPSEU

8、)職LiWlNSEU)ADCON201EKICLKflSXSI(TOOKA3KMKMDMJkAlEjFOflW1和ur俳；IMC.id川级其中，状态寄存器STATUS（地址00h,复位值为X1H）的高四位（ID位）由出厂设定，ORDER位为数据输出顺序选择位，为0时，数据输出高位在先（默认）；为1时，数据输出低位在先。ACAL位为自动校准选择位，为0时，自动校准关闭（默认）；为1时，自动校准开启。BUFFER位为输入缓冲选择位，为0时，输入缓冲关闭（默认）；为1时，输入缓冲开启。DRDY位为转换数据状态位，此位完全复制DRDY引脚的状态，DRDY低电平时，表明数据转换结束，结果可以读出；高电平

9、时，表明没有数据转换或者正在转换数据，此时不能读数据。模拟多路开关寄存器MUX（地址01h）的复位值为01H。其PSEN3PSEN0位为差动信号正输入端选择位，具体选择如下：0000=AIN0（默认），0001=AIN1，0010=AIN2，0011=AIN3，1XXX=AINCOM；NSEL3NSEL0为差动信号负输入端选择位，具体选择为0000=AIN0,0001=AIN1（默认），0010=AIN2,0011=AIN3，1XXX=AINCOM。AD控制寄存器ADCON（地址02h）的最高位一般不用（始终为0）。CLK1、CLK0为输出时钟选择位，00为输出时钟关闭；01为fCLKIN（默

10、认）；10为fCLKIN/2；11为fCLKIN/4。SDCS1、SDCS0为传感器检测选择位，其中：00表示传感器检测关闭（默认）；01表示传感器检测电流为0.5UA；10表示传感器检测电流为2uA；11表示传感器检测电流为10uAoPGA2PGA0为可编程增益放大器的放大倍数选择位，000=1（默认）；001=2；010=4；011=8；100=16；101=32；110=64；111=128。数据速率寄存器DRATE（地址02h）的复位值为F0HoDIR7DIR0为数据速率选择位，具体选择如下：11110000=30kSPS（默认）；11100000=15kSPS；00010011=5kSPS；00000011=2.5kSPS。图3所示是ADS1256的典型应用电路。件的外围电路和印刷电路板的设计。眦丄丄冷工IOjjFT0,1M言奇R18AI粘I刊加“口TtL晰二叮丁站F切収也江“工亦R15ujRLr-i-niOQppl4（NNL十fI眾収辿吕匚3D（IU值得注意的地方：1.在ADS1256片外要将模拟地AGND和数字地DGND连接在一起。否则，AGND和DGND之间存在电压，会使ADS1256无法正常工作。在印刷电路板布线时，应将外部晶振尽可能地靠近ADS1256,否则将影响输入幅值的大小，而当幅值太小时,可以通过减小晶振两端的电容