1、低功耗 24 位模数转换器 AD7794一、概述ADI 公司生产的 AD7794 具有功耗低和完全模拟输入终端，可用在低频信号的测量中。它克服了同类产品为低噪声牺牲低功耗，或者为低功耗牺牲低噪声的局限性，能够同时提供低噪声和低功耗。该系列 ADC 采用 2.7V 5.25 V 单电源供电，其功耗电流仅 400 A。同时噪声只有 40 nVrms，从而使其适合要求低功耗和高精度测量的应用。它集成了六个差分传感通道的 24 位 ADC，使其非常适合要求较多通道的应用。片上还有低噪声的仪用放大器，这意味着幅度比较小的信号可以直接输入到 ADC。片上还集成了精密的低噪声、低漂移的内部参考电源用于测量绝
2、对量。如果要测量相对的量，可以加一个外部的参考。另外，片上还集成了增益可调的激励电流源和用于温度测量的偏置电压发生器。在压力测量和电子秤应用中，该系列 ADC 提供一个低功耗开关，用于切断转换之间的电桥以使系统功耗最小。该芯片可以使用内部时钟，如果同步运行多个芯片时还可以使用外部时钟。输出数据的速度是可以通过编程来调节的，可以在 4Hz 到 500Hz 之间变化，在 16.6 Hz 条件下它们能够提供同步抑制 50 Hz 和 60 Hz 干扰信号的功能。AD7794 主要具有以下一些特性： 6 个模拟输入通道 低噪声可编程增益放大器 电源电压 2.7V 5.25 V 工作时的电流仅为 400
3、A 掉电模式的电流为 0.1A 更新速率 4Hz 到 500Hz 同步抑制 50 Hz 和 60 Hz 内部时钟晶振 片内参考电源 可编程电流源（10A、200A 或 1mA） 片上偏置电压发生器 100nA 的耗尽电流 低功耗开关 AVDD 和 DVDD 独立 24 脚 TSSOP 封装 三线串行传输 与 SPI、QSPI、MICROWIRE 及 DSP 兼容 SCLK 为施密特触发使用 AD7794 时还应注意它的一些极限参数，下面在表 1 中给出一些 AD7794 对工作电压和温度等条件的极限范围，在使用 AD7794 时一定要让其在规定的条件下工作，如果超出这些极限条件就有可能会造成芯
4、片永久性的损坏。另外如果器件长时间工作在极限条件也会使它工作不正常。在使用中还要考虑静电对它的影响。在测试设备和人体上可能有高达 4000V 的静电电压。尽管这个产品上有静电保护电路，但较大的静电电流仍可能会对它造成永久性的损坏。因此，在使用的时候应该有适当的静电保护措施避免它的性能受到损坏。表 1 AD7794 的极限工作条件参数名 范围AVDD 到 GND -0.3V 到+7VDVDD 到 GND -0.3V 到+7V模拟输入电压到 GND -0.3V 到 AVDD+0.3V输入参考电压到 GND -0.3V 到 AVDD+0.3V数字输入电压到 GND -0.3V 到 AVDD+0.3V
5、输出数字电压到 GND -0.3V 到 AVDD+0.3VAIN/数字输入电流 10mA工作温度范围 -40C 到+105C保存温度范围 -65C 到+150C最大连接温度 +150C二、引脚排列及各引脚的功能AD7794 有 24 个引脚，图 1 给出了它的引脚排列图，表 2 对它的各引脚的功能做了详细的介绍。图 1 AD7794 的引脚排列图表 2 AD7794 的各个引脚的功能说明引脚顺序号引脚名称功 能 说 明1 SLK 为数据从 ADC 输出和输入到 ADC 提供的串行时钟输入口。SCLK 有一个施密特触发输入，所以可以用于光隔离中。串行时钟既可以是连续的允许数据以连续脉冲形式转换，
6、也可以不连续的，使信息从 ADC 分批输入或输出。2 CLK 时钟输入/输出口。可以在这个引脚使能内部时钟。另外也可以关闭内部时钟用外部时钟驱动 ADC 这使得多个 ADC 用一个共同的时钟驱动，实现同步转换。3 CS片选端口。当这个脚为低电平时该芯片被选中。当系统的总线上不只有 ADC 一个芯片时，可以用它来选择 ADC。这个引脚可以通过硬件连接到低电平，这样 ADC 可以工作在 SCLK、DIN、DOUT 三线模式。4 NC 无连接5 AIN6(+)/P1模拟输入或数字输出端口。它是模拟双极输入对 AIN6(+)/AIN6(-)的正输入端。另外这个引脚还可以作为普通的输出用，输出范围为 A
7、VDD 到 GND 之间。6 AIN6（-）/P2模拟输入或数字输出端口。它是模拟双极输入对 AIN6(+)/AIN6(-)的负输入端。另外这个引脚还可以作为普通的输出用，输出范围为 AVDD 到 GND 之间。7 AIN1(+) 模拟输入口。它是模拟双极输入对 AIN1(+)/AIN1(-)的正输入端。8 AIN1(-) 模拟输入口。它是模拟双极输入对 AIN1(+)/AIN1(-)的负输入端。9 AIN2(+) 模拟输入口。它是模拟双极输入对 AIN2(+)/AIN2(-)的正输入端。10 AIN2(-) 模拟输入口。它是模拟双极输入对 AIN2(+)/AIN2(-)的负输入端。11 AI
8、N3(+) 模拟输入口。它是模拟双极输入对 AIN3(+)/AIN3(-)的正输入端。12 AIN3(-) 模拟输入口。它是模拟双极输入对 AIN1(+)/AIN1(-)的负输入端。13 REFIN1(+)参考电压正输入端。外部参考电压可以加上在 REFIN1(+)和 REFIN1(-)之间。REFIN1(+)可以取 VDD 到 GND-0.1V 之间的任何值。名义上从到的参考电压是 2.5V，但对于这个芯片可以为 0.1V 到 AVDD 之间的任何值。14 REFIN1(-)参考电压负输入端，可以取 GND 到 AVDD-0.1 之间的任何值。15 AIN5(+)/IOUT2模拟输入或内部激
9、励电流源的输出。它是模拟双极输入对 AIN5(+)/AIN5(-)的正输入端。另外，内部激励电流源可以通过这个引脚使能。内部激励电流源的大小是可以通过编程来控制的，它可以取 10A、200A 或 1mA。IEXC1 或 IEXC2 都可以转换到这个脚输出。16 AIN5(-)/IOUT1模拟输入或内部激励电流源的输出。它是模拟双极输入对 AIN5(+)/AIN5(-)的负输入端。另外，内部激励电流源可以通过这个引脚使能。内部激励电流源的大小是可以通过编程来控制的，它可以取 10A、200A 或 1mA。IEXC1 或 IEXC2 都可以转换到这个脚输出。17 AIN4(+)/REFIN2(+)
10、模拟输入或参考电压正的输入端。它既是模拟双极输入对 AIN4(+)/AIN4(-)的正输入端。另外还可以作为参考电压的输入端。REFIN1(+)可以取 AVDD 到 GND-0.1V 之间的任何值。名义上从到的参考电压是 2.5V，但对于这个芯片可以为 0.1V 到 AVDD 之间的任何值。18 AIN4(-)/REFIN2(+)模拟输入或参考电压负的输入端。它既是模拟双极输入对 AIN4(+)/AIN4(-)的负输入端。另外还可以作为参考电压的输入端，可以取 GND 到 AVDD-0.1 之间的任何值。19 PSW 低功耗开关20 GND 参考地端口21 AVDD 电源电压，从 2.7V 到
11、 5.25V。22 DVDD 串行通讯的电源电压，从 2.7V 到 5.25V，它是独立于电源电压 AVDD 的。因此，可以在 AVDD 为 5V 时 DVDD 为 3V。23 输出串行数据或数据准备好的状态。这个口有双重的功能。它可以作为串行数据输出口访问 ADC 的输出移位寄存器。另外它也可以作为数据准备好的标志，当为低电平时表示转换完毕。如果转换完的数据没有被读走，这个脚将在下一次更新之前始终为高电平。当这个脚处于下降沿时可以用做中断或处理器，表明数据有效。使用外部串行时钟时，可以在这个脚读取数据。当片选信号为低电平时，数据或控制信号在 SCLK 的下降沿送到这个脚，在 SCLK 的上升
12、沿有效。一次转换的结束也是靠状态寄存器的位来标志的。当片选信号为高电平时，这个脚是三态的，但 位是起作用的。24 DIN 将输入的串行数据送到 ADC 上的输入移位寄存器的端口。移位寄存器中的数据被转移到 ADC 上的控制寄存器中控制寄存器的寄存器选择位来确定合适的寄存器。三、AD7794 的结构及工作原理AD7794 系列 ADC 包括一个高性能 ADC，低噪声仪用可编程增益放大器（ PGA） 、多路复用器、电流源、时钟、校准寄存器、串行外围接口（SPI）和一个精密的低噪声、低漂移基准电压源，图 2 为它的内部功能结构图。图 2 AD7794 的功能模块AD7794 是通过一系列的片上寄存器
13、来控制和配置 ADC。下面就介绍一下这些寄存器。在以下的介绍中如果没有特殊的说明，置位就代表高电平状态，清零代表低电平状态。控制寄存器是一个 8 位的只能用于写的寄存器。所有和 AD7794 联系的操作都必须先给这个控制寄存器写入相应的值。写入控制寄存器的值决定下一个操作是读还是写，并且指出这个值是对哪个寄存器的操作。对于读或写操作当最后一个读或写操作送到选定的寄存器后，系统将给控制寄存器写入一个固定的值，这就是它的默认值。上电复位后 ADC就是这个默认值等待为控制寄存器写入值。当系统时序乱了时，给 DIN 一个超过 32 个串行时钟的高电平可以通过使整个芯片复位来使 ADC 回到默认状态。表
14、 3 给出了控制寄存器各位的意义及默认状态。CR 代表控制寄存器。表 3 控制寄存器各位的含义及默认值位地址及默认值 位名 含义CR7（0） 写允许位。为了使写入控制寄存器的值起作用这位必须为 0。如果这位为 1 的话，系统时钟将停止对后面各位的操作，而且它将保持这种状态直到这位有 0 写入。当这位写入 0 后，其它 7 位才会加载到控制寄存器。CR6（0） 当这位为 0 时表示下一步将对指定的寄存器进行写操作，当为 1 时表示下一步将对指定的寄存器进行读操作。CR5-CR3（000） RS2-RS0 寄存器地址控制位。这三个地址位用来选中 ADC 的寄存器。具体的位编码和所选寄存器的对应关系
15、在表 4 中给出。CR2（0） CREAD 连续从数据寄存器往出读数。当这位为 1 时并且数据寄存器处于选中状态将形成串行传输模式，数据不停的被读出。当 SCLK 给入时钟脉冲时数据寄存器的内容将自动的传到 DOUT 脚上。并不用为读数设置控制寄存器。要是使能连续读模式，必须给控制寄存器写入01011100。推出连续读模式时必须在 为低时给控制寄存器写入01011000。当处在连续读模式时，ADC 的监视器活跃在 DIN 线上确保可以接受到推出连续读的请求。另外，如果在 DIN 脚上连续接受到 32 个高电平芯片将自动复位。在连续读模式时在控制命令写入芯片之前 DIN 应该一直为高。CR1-C
16、R0（00） 0 为了工作正常这两位必须为 0。表 4：寄存器选择与控制位的对应关系RS2 RS1 RS0 选择的寄存器 寄存器大小0 0 0 写时为控制寄存器 8 位0 0 0 读时为状态寄存器 8 位0 0 1 模式寄存器 16 位0 1 0 结构寄存器 16 位0 1 1 数据寄存器 24 位1 0 0 序列码寄存器 8 位1 0 1 I/O 口寄存器 8 位1 1 0 偏置寄存器 24 位1 1 1 满量程寄存器 24 位状态寄存器 8 位的只读寄存器用于给出 ADC 的工作状态方式寄存器是 16 位的读写均可的寄存器，用于选择工作方式、更新速度和时钟源。结构寄存器是 16 位的读写均
17、可的寄存器。这个寄存器用来确定 ADC 是双极还是单极输入，使能或禁止缓冲器，使能或禁止传感器损毁检测电流，选择增益和模拟输入通道。数据寄存器，ADC 的转换结果存在这个寄存器中。这是一个只读寄存器。当从这个寄存器进行完一个读操作时， 位和引脚置 1。序列码寄存器，AD7794 的序列码存在这个寄存器中，它是只读的。I/O 寄存器是一个 8 位的读写都可以的寄存器。这个寄存器用来使能激励电流源，选择激励电流源的大小。偏置寄存器存放 ADC 偏置系数。上电复位后内部 0 级校准系数寄存器的值为800000h。AD7794 有四个偏置寄存器，1 到 3 通道有专用的偏置寄存器， 4 到 6 通道共
18、用一个偏置寄存器。每个寄存器都是 24 位读写均可的这个寄存器与它相关的全范围寄存器成对使用。如果用户初始化内部或系统 0 级校准参数，上电复位值将被重新写入。必须在掉电或空闲模式时才可以写入偏置寄存器。满量程寄存器是一个 24 位的寄存器，存储 ADC 的全范围刻度参数。AD7794 有 4 个满量程寄存器。1 到 3 通道有专用的满量程寄存器，4 到 6 通道共用一个寄存器。满量程寄存器是读写均可的。然而写入时必须为 ADC 的掉电或空闲状态。这个寄存器出厂时设定了一个内部满量程校准系数，出厂系数对应的增益为 1 并是使用的内部参考。因此，每个器件会有不同的默认值，在使用内部参考增益为 1
19、 时将使用这个默认值。当增益为其它值或增益为 1 但使用外部参考时，用户对内部或系统满量程参数初始化后的值将替换默认值。当增益改变时应改变满量程系数。四、应用设计传统的精密数据转换器解决方案不能兼备低噪声和低功耗特性，不得不牺牲两者之一，然而 AD7794 具有兼备低噪声（40 nVrms）和低功耗（400 A）的优点，同时能以更小的封装提供种类齐全的模拟功能。AD7794 提供一种无与伦比的低噪声、低功耗。这种多种优点组合优势非常适合用于对噪声性能要求严格（例如，工业过程控制和电子秤）和尺寸受限制的低功耗应用，例如，便携仪器和医用设备。图 3 以 AD7794 构成的流量计为例，给出了 AD7794 的典型应用电路。图 3 AD7794 典型应用电路（流量计）五、小结AD7794 同时具备低噪声和低功耗的特点使得它非常适用于低功耗和高精度的测量。而且，AD7794 片上有低噪声增益可调的仪用放大器，所以小幅度的信号可以直接输入。具有多个优秀的特性，AD7794 可望广泛地用于工业和医疗等各个领域。
