A/D轉(zhuǎn)換器LTC2400功能及應(yīng)用

　　1　LTC2400的引腳功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　LTC2400采用與SPI接口兼容的3線數(shù)字接口，可應(yīng)用于高分辨率和低頻應(yīng)用場合，如稱重、溫度測量、氣體分析、應(yīng)變儀，數(shù)據(jù)采集，工業(yè)控制等方面。它采用8腳SO-8封裝，其引腳排列如圖1所示。

　　其引腳功能如下：

　　1腳VCC：電源;

　　2腳VREF：參考電壓輸入端;

　　3腳VIN：模擬信號輸入腳;

　　4腳GND：接地腳;

　　5腳CS：片選端，低電平有效;

　　6腳SDO：數(shù)據(jù)輸出端，同時也是轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)有效的指示端;

　　7腳SCK：時鐘腳，雙向;

　　8腳FO：數(shù)字輸入腳，用于選擇需要抑制的頻率和AD轉(zhuǎn)換時間。

　　LTC2400的供電電壓VCC的范圍為2.7～5.5V;所需外接基準(zhǔn)電壓源的電壓范圍為0.1V～VCC;模擬信號輸入VIN的輸入電壓范圍為-0.125VREF～1.125VREF。

　　LTC2400內(nèi)部已集成了高精度的振蕩器，因此采用片內(nèi)振蕩器時?不需要外接任何元件。LTC2400的數(shù)字濾波器能夠抑制50Hz或60Hz及其諧波。當(dāng)芯片的F0腳接VCC時，使用內(nèi)部振蕩器可對輸入信號中的50Hz干擾進行大于110dB的抑制，其AD轉(zhuǎn)換時間為160ms;F0腳接GND時，使用內(nèi)部振蕩器可對輸入信號中的60Hz干擾進行大于110dB的抑制，AD轉(zhuǎn)換時間為133ms;當(dāng)F0腳接外部振蕩器fEOSC時，其抑制的頻率為fEOSC/2560，AD轉(zhuǎn)換時間為2048/fEOSC。圖2所示為LTC2400的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

　　2　LTC2400的工作過程及串行輸出

　　2.1 LTC2400的工作過程

　　LTC2400是一種低功耗、采用Δ-Σ技術(shù)且具有3線串行接口的AD轉(zhuǎn)換器，而且在AD轉(zhuǎn)換完成后將直接進入睡眠狀態(tài)。LTC2400的三線接口線分別是數(shù)據(jù)輸出(SDO)、時鐘(SCK)和片選(CS)。其工作流程如圖3所示。

　　LTC2400完成轉(zhuǎn)換就進入睡眠狀態(tài)。睡眠狀態(tài)的供電電流僅為20μA。若CS一直為高電平，芯片將保持睡眠狀態(tài)。進入睡眠狀態(tài)時，數(shù)據(jù)最后的轉(zhuǎn)換結(jié)果將保存在芯片內(nèi)部的靜態(tài)移位寄存器中。

　　當(dāng)CS變?yōu)榈碗娖綍r，LTC2400開始輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果，此時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換沒有等待時間，輸出數(shù)據(jù)即為剛進行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。該轉(zhuǎn)換結(jié)果是在串行時鐘SCK的控制下由SDO輸出的，并在SCK的下降沿更新，而在SCK的上升沿可靠讀取。當(dāng)32位數(shù)據(jù)從LTC2400讀出或當(dāng)CS被拉高時，數(shù)據(jù)輸出結(jié)束。此后LTC2400將自動開始新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和重復(fù)周期。

　　2.2 LTC2400的串行輸出接口

　　通過對CS和SCK的控制，LTC2400可以提供幾種靈活的接口模式(內(nèi)部或外部的SCK模式)。不同轉(zhuǎn)換模式的選擇無需對LTC2400的寄存器進行設(shè)置，并且不影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換周期。使用時鐘信號SCK(PIN7)控制轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的輸出時，轉(zhuǎn)換結(jié)果將在時鐘CLK的下降沿由SDO腳輸出。在內(nèi)部時鐘模式，SCK信號由LTC2400產(chǎn)生輸出?在外部SCK模式，SCK為LTC2400外部輸入的時鐘信號。下面詳細(xì)介紹外部串行時鐘的三線接口方法。

　　當(dāng)LTC2400上電時，如果SCK為低電平，轉(zhuǎn)換進入外部串行模式;在CS信號的下降沿，SCK信號必須為低電平。

　　當(dāng)CS為高電平時，SDO為高阻態(tài)，此時，SDO連接的接口線可以作為其它應(yīng)用。如果LTC2400在轉(zhuǎn)換和睡眠時?CS為低電平，那么，SDO的輸出狀態(tài)將用于指示EOC。在AD轉(zhuǎn)換階段，SDO的輸出狀態(tài)EOC將變?yōu)楦唠娖?，而一旦轉(zhuǎn)換完成，EOC又變?yōu)榈碗娖?。在LTC2400處于睡眠狀態(tài)時，如果CS為低電平，系統(tǒng)會在SCK的上升沿將其喚醒。圖4所示是LTC2400的外部串行時鐘接口時序圖。

　　CS信號除用來檢測LTC2400的狀態(tài)和輸出AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)外，還可用來控制全部串行數(shù)據(jù)輸出之前進行的新一次AD轉(zhuǎn)換。在LTC2400處于數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)時，CS由低變高以停止串行輸出，同時開始新的AD轉(zhuǎn)換。

　　由于在CS為高電平時，數(shù)據(jù)輸出端SDO為高阻態(tài)，因此，在LTC2400的轉(zhuǎn)換過程中，可通過將CS變?yōu)榈碗娖絹頇z測轉(zhuǎn)換狀態(tài)。當(dāng)CS為低電平時，SDO腳輸出的EOC信號為1，表示轉(zhuǎn)換正在進行;EOC為0表示轉(zhuǎn)換完成，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)。當(dāng)LTC2400處于睡眠狀態(tài)時，其轉(zhuǎn)換結(jié)果將保存在內(nèi)部移位寄存器中。CS為低可在SCK的上升沿喚醒LTC2400，此時轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)將在SCK的下降沿串行輸出。EOC通常在SCK的第一個上升沿被鎖存，直到第32個上升沿鎖存結(jié)束，同時，系統(tǒng)將在第32個下降沿開始的新一輪轉(zhuǎn)換。

　　一般情況下，在數(shù)據(jù)輸出過程中，如果CS為低電平，那么，系統(tǒng)將在SCK的第一個上升沿和第32個下降沿中間將CS變高以停止數(shù)據(jù)輸出。

　　3　和AT89C2051單片機的接口應(yīng)用

　　利用LTC2400實現(xiàn)高精度信號采集功能的系統(tǒng)原理圖如圖5所示。在該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，LT2400芯片的外圍電路十分簡單。AT89C2051單片機作為控制器，其中P1.4、P1.5和P1.6與LTC2400的SCK、SDO和CS相連，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果也通過該串行口輸出;該系統(tǒng)采用電壓為5V的基準(zhǔn)源;信號由LTC2400的VIN輸入，輸入的電壓范圍為-0.625～5.625V;轉(zhuǎn)換速率為6.25PPS;數(shù)據(jù)通過AT89C2051的RXD和TXD并經(jīng)MAX202進行電平轉(zhuǎn)換后由串行口輸出給上位機。