TLV25442548多通道12位串行AD轉(zhuǎn)換器的原理與應用

1、TLV2544/2548多通道12位串行A/D轉(zhuǎn)換器的原理與應用    1 概述TLV2544/2548是TI公司生產(chǎn)的一組高性能12位低功耗/高速（3.6s）CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它精度高，體積小、通道多，使用靈活，并具有采樣-保持功能，電源電壓為2.7V5.5V。另外TLV2544/2548還個有3個輸入端和一個三態(tài)輸出端，可為最流行的微處理器串行端口（SPI）提供4線接口。當與DSP連接時，可用一個幀同步信號（FS）來表明一個串行數(shù)據(jù)幀的開始。該器件除了具有高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器和多種控制功能外，還具有片內(nèi)模擬多路器，可選擇多部的模擬電壓或三個內(nèi)部自測試電壓

2、中的任一個外部的模擬電壓或三個內(nèi)部自測試電壓中的任一個作為輸入。TLV2544/2548工作時的功耗非常低，而軟件/硬件/自動關機模式以及可編程的轉(zhuǎn)換速度又進一步增強了其低功耗的特點。同時它還具有內(nèi)置轉(zhuǎn)換時鐘（OSC）和電壓基準，可以采用外部SCLK作為轉(zhuǎn)換時鐘源以獲取更高的轉(zhuǎn)換速度（在20MHz的SCLK時可高達3.6s）。并有兩種不同的內(nèi)部基準電壓可供選擇。圖1和圖2分別是TLV2544/2548的功能方框圖和引腳排列，表1是其引腳說明。表1 引腳說明名  稱引腳號I/O說  明TLV2544TLV2548A0A3/A0A769613I模擬輸入。該輸入可內(nèi)部被多路復用C

3、S1620I片選CSTART1014I用于控制模擬輸入的開始和啟動轉(zhuǎn)換EOC/（INT）44O轉(zhuǎn)換結(jié)束或主處理器中斷FS1317IDSP幀同步輸入GND1115I地，用于內(nèi)部電路PWDN1216I此腳為邏輯零時，模擬及基準電路均斷電SCLK33I串行時鐘輸入SDI22I串行數(shù)據(jù)輸入SDO11IA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端REFM1418I外部基準輸入或內(nèi)部基準去耦REFP1519I外部基準輸入或內(nèi)部基準去耦Vcc55I正源電壓表2 TLV2544/TLV2548配置寄存器（CFR）的位定義位定       義D15D12全零，不可編

4、程D11基準選擇，0為外部；1為內(nèi)部D10內(nèi)部基準電壓選擇，0時，內(nèi)部準=4V;為1時：內(nèi)部基準=2VD9采樣周期選擇0：短期采樣12SCLKs(1x采樣時間)            1：長期采樣24SCLKs(2x采樣時間）D（8，7）轉(zhuǎn)換時鐘源選擇，00：轉(zhuǎn)換時間=內(nèi)OSC；01：轉(zhuǎn)換時鐘=SCLK                10

5、：轉(zhuǎn)換時鐘=SCLK/4;11：轉(zhuǎn)換時鐘=SCLK/2 D（6，5)轉(zhuǎn)換模式選擇；00；單次模式；01：重復模式；10：掃描模式；11：重復掃描模式D(4,3)*TLV2548TLV2544掃描自動序列選擇00：0-1-2-3-4-5-6-701：0-2-4-6-0-2-4-610：0-0-2-2-4-4-6-611：0-2-0-2-0-2-0-2掃描自動序列選擇00：N/A01：0-1-2-3-0-1-2-310：0-0-1-1-2-2-3-311：0-1-0-1-0-1-0-1D2EOC/INT引腳功能選擇，0；引腳用作INT；1：引腳用作EOCD(1,0)FIFO觸發(fā)器電平（掃

6、描序列長度）00：全部（FIFO level 7填滿后產(chǎn)生INT）01：3/4（FIFO level 5填滿后產(chǎn)生INT）10：1/2（FIFO level 3填滿后產(chǎn)生INT）11：1/4（FIFO level 1填滿后產(chǎn)生INT）*這些位僅在10和11轉(zhuǎn)換模式中有效        TLV2544/2548兩芯片的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)相同，不同之處就是前者的模擬輸入通道為4路，而后者為8路。下面以TLV2544為例為介紹。2 工作原理TLV2544有4路模擬輸入和3個內(nèi)部測試輸入端，它們可由模擬多路轉(zhuǎn)換器根據(jù)輸入的命令來選擇。輸入

7、多路轉(zhuǎn)換器采用先開后合型，因為這可減少由通道切換引起的輸入噪聲。TLV2544 的工作周期的開始模式有兩種：一種是當不使用FS時（在CS的下降沿FS=1），CS的下降沿即為周期的開始。這時的輸入數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿移入，輸出數(shù)據(jù)下降沿改變。這種模式雖然也可用于DSP，但一般常用于SPI微控制器。另一種是當使用FS時（FS是來自DSP的有效信號），F(xiàn)S的下降沿即為周期的開始，這時的輸入數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿移入，輸出數(shù)據(jù)在其上升沿改變，這種模式一般用于TMS320系列的DSP。TLV2544 具有一個4位命令集（存于命令寄存器CMR中）和一個12位配置數(shù)據(jù)域。大多數(shù)命令只需要前4個MSB，即不

8、需要低12位數(shù)據(jù)。值得注意的是，器件在上電初始化時首先需要將將始化命令A000h寫入CFR配置寄存器，然后對器件進行編程，其編程方法是在初始化命令A000h的低12位000h寫入編程數(shù)據(jù)以規(guī)定器件的工作方式。編程定義如表2所列，編程信息被保留在H/W或S/W的斷電狀態(tài)。當器件被編程時，由微處理發(fā)送一個16位串行數(shù)據(jù)寫入CFR，如果在輸入了前8位后SCLK中斷，那么余下的8位則在SCLK被恢復后再輸入。一個讀CFR命令可讀出CFR的狀態(tài)，以校驗寫入控制命令是否正確，其他控制命令可參見表3。表3 TLV2544/TLV2548命令集SDID（1512）BINary HEXTLV2548指命TLV2

9、544指命0000b0000h選擇模擬通道0選擇模擬通道00001b1000h選擇模擬通道1N/A0010b2000h選擇模擬通道2選擇模擬通道10011b3000h選擇模擬通道3N/A0100b4000h選擇模擬通道4選擇模擬通道20101b5000h選擇模擬通道5N/A0110b6000h選擇模擬通道6選擇模擬通道30111b7000h選擇模擬通道7N/A1000b8000h選擇模擬通道8SW電源跌落（模擬+參考）1001b9000h讀CFR寄存器數(shù)據(jù)到SDO D（110）1010bA000h plus data將低12位數(shù)據(jù)寫CFR1011BB000h測試選擇，電壓為（REFP+REFR

10、）/21100bC000h測試選擇，電壓為REFM1101bD000h測試選擇，電壓為REFP1110bE000hFIFO讀，將FIFO內(nèi)容送SDO D（154），D（30）=00001111bF000h plus data保留如果前高4位輸入數(shù)據(jù)被譯碼為轉(zhuǎn)換命令之一，那么采樣周期開始。一般有兩種采樣方式：正常采樣和擴展采樣。正常采樣實際上是采用軟件啟動A/D變換方式，當 A/D轉(zhuǎn)換器正常采樣時，采樣周期是可編程的，它可以是12SCLKs（短周期采樣）或24SCLKs（長周期采樣）。當SCLK高于10MHz或輸入源電阻較高時，長周期采樣可使被采樣的輸入模擬信號達到0.5LSB的精度。如果正常采樣達不到所要求的A/D變換精度，則應采用擴展采樣，擴展采樣采用硬件啟動A/D變換，在引腳CSTART輸入一個寬度大于800ns的負脈沖信號后，A/D轉(zhuǎn)換開始。CSTART的下降沿即為采樣周期的開始，CSTART的上升沿是采樣周期的結(jié)束和轉(zhuǎn)換的開始。3 TLV2544的轉(zhuǎn)換模式TLV2544 具有四種轉(zhuǎn)換模式，分別為：單次模式、重復模式、掃描模式和重復掃描模式?？捎媚Ｊ?0、01、10、11表示。每種模式的工作稍有區(qū)別，這取決于轉(zhuǎn)換器如何采樣和采用哪一種接口。轉(zhuǎn)換的觸發(fā)信號可以采用有效CSTART（擴展采樣）、CS（正