高精度AD转换器LTC1606及其应用
摘要：介绍了一种高精度单通道16位并行输出a/d转换器ltc1606的功能特点和工作过程，给出了ltc1606与dsp芯片tms320lf2406a的硬件接口方法以及和数据采集相关的主要汇编源程序。
1、ltc1606的主要特点
ｌｔｃ１６０６是ｌｉｎｅａｒ公司生产的具有采样保持功能的１６位高速ａｄｃ。该ａｄｃ分辨率高，采样速率高、功耗小，可在高精度的数据采集系统中广泛应用。其主要特点如下：
●含有１６位采样保持功能的模数转换器；
●２５０ｋｈｚ采样速率，信噪比达９０ｄｂ；
●信号输入范围为±１０ｖ；
●采用单５ｖ电源供电，典型功耗为７５ｍｗ；
●片内自带基准源，也可以外接基准源；
●片内自带同步时钟；
●采用２８脚ｓｓｏｐ封装；
●带有和ｍｃｕ兼容的１６位并行输出端口。
2、ltc1606的引脚介绍及使用说明
２．１ ｌｔｃ１６０６的引脚介绍
ｌｔｃ１６０６的引脚排列图如图１所示，各引脚功能及使用说明如下：
ｖｉｎ：模拟量输入端，使用时应通过２００ω的电阻连接到需转换的模拟输入，满量程为±１０ｖ；
ａｇｎｄ１、ａｇｎｄ２：模拟地；
ｒｅｆ：２．５ｖ基准源输入端，通常接２．２μｆ的旁路钽电容，也可以接外部基准源；
ｃａｐ：基准缓冲输出，应接１０μｆ电容旁路到地；
ｄ１５～ｄ８：三态数据输出端，当ｃｓ为高或ｒ／ｃ 为低时，输出为高阻态；
ｄｇｎｄ：数字地；
ｄ７～ｄ０：三态数据输出端，当ｃｓ为高或ｒ／ｃ 为低时，输出为高阻态；
ｂｙｔｅ：字节选择端，当ｂｙｔｅ端接低电平时，ｄ１５～ｄ０按１６位并行输出数据；当ｂｙｔｅ端接高电平时，高８位和低８位分两次并行输出；
ｒ／ ｃ：ｒｅａｄ／ｃｏｎｖｅｒｔ输入端，当ｃｓ为低时，在 ｒ／ ｃ端的下降沿启动采样保持器并进行模数转换，并在ｒ／ ｃ的上升沿将使能数据输出；
ｃｓ：片选端，当ｒ／ ｃ为低时，在ｃｓ引脚的下降沿启动模数转换，当ｒ／ｃ 为高时，在ｃｓ引脚的下降沿使能数据输出；
ｂｕｓｙ：模数转换状态输出引脚。当进行模数转换时，该引脚输出低电平，当ｂｕｓｙ端产生一上升沿时，表示模数转换结束，数据输出端有效。当ｂｕｓｙ产生上升沿时，ｃｓ和ｒ／ ｃ必须为高；
ｖａｎａ：模拟５ｖ电源输入端，接０．１μｆ的陶瓷电容和１０μｆ的钽电容旁路到地；
ｖｄｉｇ：数字５ｖ电源输入端，使用时接到ｖａｎａ。
２．２ ａ／ｄ转换的启动和数据读取
ｌｔｃ１６０６在ｃｓ和ｒ／ ｃ脚的共同作用下，可在下述两种情况下开始一次ａ／ｄ转换：一是当ｒ／ ｃ脚为低电平时，将在ｃｓ引脚的脉冲下降沿启动一次ａ／ｄ转换。该负跳变脉冲至少应持续４０ｎｓ，且最大脉冲宽度应不超过６μｓ。二是当ｃｓ引脚为低电平时，可在ｒ／ ｃ脚的脉冲下降沿启动一次ａ／ｄ转换。这种方式对负跳变脉冲的要求与第一种情况相同。
在一次ａ／ｄ转换启动后，ｂｕｓｙ脚将变为低电平并保持直至本次转换完成。当ｂｕｓｙ为低时，新的转换命令将不起作用。应注意的是，在ｂｕｓｙ变高之前，ｒ／ ｃ和ｃｓ必须变为高，否则将启动一次无效的转换过程。
ｌｔｃ１６０６的转换结果以二进制补码的形式并行输出。转换结果可按字?１６位 读取，也可按字节?８位 分两次读取。在一次转换完成之后，转换结果送入输出寄存器锁存。当且仅当ｒ／ ｃ为高电平而ｃｓ为低电乎时，转换结果才能被读取。
芯片转换结果输出线的高字节和低字节的位置可用ｂｙｔｅ脚电平的变化加以改变，这样ｌｔｃ１６０６芯片与１６位数据总线和８位数据总线的微处理器均能接口，可满足不同的应用场合，从而使ｌｔｃ１６０６具有较广的应用范围。
3、高精度数据采集电路设计
ｔｍｓ３２０ｌｆ２４０ｘ是德州仪器（ｔｉ）公司推出的基于ｃ２ｘｌｐ １６位定点低功耗的数字信号处理器系列，该系列可用于各种数字伺服控制和嵌入式控制系统。２４０ｘ系列ｄｓｐ芯片除具有ｄｓｐ芯片共有的速度快的特点外，最大的特点是片上集成了大量的外围资源，主要包括双存取ｒａｍ以及ｆｌａｓｈ和两个事件管理模块ｅｖａ、ｅｖｂ，在事件管理模块中主要有以下功能模块：定时器、ｐｗｍ信号发生器、ｃａｎ现场总线接口、ｓｃｉ串行通信接口、看门狗定时器以及通用的双向数字ｉ／ｏ端口等。
笔者在研究海洋重力传感器的信号提取过程中，为了实现高精度的信号采集?进行了大量的数据处理运算，并且以此为基础实现了伺服控制。应用时采用ｔｍｓ３２０ｌｆ２４０７ａ作为这个系统的主控芯片，通过ｌｔｃ１６０６实现对模拟信号的采集和模数转换，图２所示为数据采集部分的电路原理图。
在图２所示的电路中，在５ｖ供电的ｌｔｃ１６０６和３．３ｖ供电的ｔｍｓ３２０ｌｆ２４０７ａ之间加上了两片１６位的总线驱动器。这样，ｌｔｃ１６０６接地可使其工作在１６位并行输出方式下，这样可以很方便地实现和１６位ｄｓｐ的接口设计。为使ｌｔｃ１６０６的控制逻辑变得比较简单，可将ｃｓ接地。在这种情况下，如果ｒ／ ｃ引脚变低，ｌｔｃ１６０６将对输入信号进行采样保持，并开始模数转换。而在模数转换过程中，ｂｕｓｙ将变低，直到转换结束，此时微处理器将从ｌｔｃ１６０６的数据端口读出模数转换结果。
在用ｄｓｐ对ｌｔｃ１６０６进行控制时，可用ｄｓｐ的一次“假写”操作将ｗｅ引脚置低，并使ｌｔｃ１６０６ ｒ／ ｃ引脚变低，从而启动ｌｔｃ１６０６进行模数转换。在转换结束时，再由状态引脚ｂｕｓｙ的上升沿信号产生ｄｓｐ的外部中断ｘｉｎｔ１所需的中断源信号，从而在ｄｓｐ的中断程序中读出模数转换结果，并进行相应处理，然后启动下一次模数转换。值得注意的是，ｔｍｓ３２０ｌｆ２４０７ａ的ｘｉｎｔ１外部中断的极性是可编程的，在该系统中，必须将其编程为上升沿触发。
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●采用单５ｖ电源供电，典型功耗为７５ｍｗ；
●片内自带基准源，也可以外接基准源；
●片内自带同步时钟；
●采用２８脚ｓｓｏｐ封装；
●带有和ｍｃｕ兼容的１６位并行输出端口。
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２．１ ｌｔｃ１６０６的引脚介绍
ｌｔｃ１６０６的引脚排列图如图１所示，各引脚功能及使用说明如下：
ｖｉｎ：模拟量输入端，使用时应通过２００ω的电阻连接到需转换的模拟输入，满量程为±１０ｖ；
ａｇｎｄ１、ａｇｎｄ２：模拟地；
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ｒ／ ｃ：ｒｅａｄ／ｃｏｎｖｅｒｔ输入端，当ｃｓ为低时，在 ｒ／ ｃ端的下降沿启动采样保持器并进行模数转换，并在ｒ／ ｃ的上升沿将使能数据输出；
ｃｓ：片选端，当ｒ／ ｃ为低时，在ｃｓ引脚的下降沿启动模数转换，当ｒ／ｃ 为高时，在ｃｓ引脚的下降沿使能数据输出；
ｂｕｓｙ：模数转换状态输出引脚。当进行模数转换时，该引脚输出低电平，当ｂｕｓｙ端产生一上升沿时，表示模数转换结束，数据输出端有效。当ｂｕｓｙ产生上升沿时，ｃｓ和ｒ／ ｃ必须为高；
ｖａｎａ：模拟５ｖ电源输入端，接０．１μｆ的陶瓷电容和１０μｆ的钽电容旁路到地；
ｖｄｉｇ：数字５ｖ电源输入端，使用时接到ｖａｎａ。
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ｌｔｃ１６０６在ｃｓ和ｒ／ ｃ脚的共同作用下，可在下述两种情况下开始一次ａ／ｄ转换：一是当ｒ／ ｃ脚为低电平时，将在ｃｓ引脚的脉冲下降沿启动一次ａ／ｄ转换。该负跳变脉冲至少应持续４０ｎｓ，且最大脉冲宽度应不超过６μｓ。二是当ｃｓ引脚为低电平时，可在ｒ／ ｃ脚的脉冲下降沿启动一次ａ／ｄ转换。这种方式对负跳变脉冲的要求与第一种情况相同。
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