ad7656性能概述
ad7656具有最大4 lsbs inl和每通道达250ksps的采样率,并且在片内包含一个2.5v内部基准电压源和基准缓冲器。该器件仅有典型值160mw的功耗,比最接近的同类双极性输入adc的功耗降低了60% 。
ad7656包含一个低噪声、宽带采样保持放大器(t/h),以便处理输入频率高达8mhz的信号。该ad7656还具有高速并行和串行接口,可以与微处理器(mcu)或数字信号处理器(dsp)连接。ad7656在串行接口方式下,能提供一个菊花链连接方式,以便把多个adc连接到一个串行接口上。
ad7656采用具有adi专利技术的icmos(工业cmos)工艺。icmos 工艺是一种高压半导体工艺与亚微米cmos(互补金属氧化物半导体)和互补双极型工艺相结合的制造上艺。它能开发出承受30v电源电压的多种高性能模拟ic,并且其小封装尺寸是任何其他同类高电压ic都未曾达到的。与使用传统cmos工艺的模拟ic不同,icmos器件能承受高电源电压,同时提高性能、显著降低功耗和缩小封装尺寸。ad7656是使用该种工艺设计制造的产品,所以非常适合在继电保护、电机控制等工业领域使用。
ad7656特性
6个独立16位adc
6个真双极性模拟输入
引脚/软件可选范围:±10v、±5v
高吞吐量:每通道250ksps
额定电压(avcc):4.75v至5.25v
低功耗:160mw(250ksps,5v电源)
宽输入带宽:86db信噪比(snr)(输入频率50khz时)
片内基准电压及缓冲
并行和串行接口
高速串行接口:spi/qspi/µwire/dsp兼容
无流水线延迟
待机模式:最大5µa
ad7656内部框图
ad7656工作原理
ad7656足具有独立的六通道逐次逼近型(sar)的模数转换器,转换处理和数据的精度是通过convst信号和一个内部晶振控制的。3个convst管脚允许3路adc对独立同步采样。当3个convst管脚连接到一起时,就可以进行6个通道的同步采样。 ad7656具有高速的并行和串行接口,允许其与microprocessors和dsp进行接口。当使用串行接口模式时,ad7656具有的菊花链特性允许多个adc和一个串行接口连接。由于在电力继电保护产品中以并行接口连接设计为主,所以下面将以并行接口的连接方式介绍其工作原理。
ad7656在并行接口方式下的工作时序图
首先,通过mcu或dsp控制convst管脚启动转换,并保持该信号为高电平。ad7656启动转换信号后会自动输出busy信号,busy信号下降沿时,代表转换已经全部完成。
此时,ad7656内部的6个寄存器中已经保存了转换的数据,然后通过控制片选cs和读rd信号依次顺序读出6个通道ad转换值。 读出ad转换值后,改变convst为低电平信号。注意在设计时,一定要保证ad转换过程中convst管脚保持高电平。
ad7656引脚图及功能
ad7656绝对最大值
ad7656外形尺寸
ad7656订购指南
四款ad7656应用电路
应用电路一:
图4所示是ad7656在并行接口状态下的外围电路连接。其中的dvcc和avcc分别是数字电压端和模拟电压端,它们在接入前要经过1个去耦电路,如图4所示,每个供电电压输入引脚都要连接1个去耦电路,该电路由1只10μf和1只100nf的电容器组成。vdd、vss和vdrive同样要连接去耦电路。
ad7656的输出接到fpga中进行数字信号的滤波处理,然后再送入数字信号处理器(dsp)进行处理。用fpga控制引脚convsta/b/c、 rd和cs的状态,可以用编程的方法或硬件连接的方式来实现。系统中的fpga是altera公司的ep1k30,dsp选用adi公司的ts101s。此系统的外围电路比较简单,比较容易实现,具有真正的高速、高性能数字信号采集功能。
应用电路二:
电能质量测控系统采用16位高功能、低功耗的dsp芯片tms320vc5402作为cpu,具有先进的多总线结构,40位aiu,数据/程序寻址空间1m*16bit,内置4k*16bitp/drom和16k*16bitdaram,工作频率可达到ioomips。该处理器是整个监测系统的控制核心,主要完成系统的通讯接口,负责系统中各个电路的协调管理以及计算结果的预处理。其特点是任务多,各个任务之间的协调较为复杂。dsp芯片接收数据采集系统送来的数字信号,并对其进行分析和计算,以实现各种算法,完成电压、电流、功率、功率因数、频率及各项电能指标的计算和分析。同时通过开关量输入输出通道实现各种控制模式。系统扩展高精度cpid实现对外围各种设备的控制;扩展1片am28f010作为外部程序存储器和数据存储器;与上位机通讯采用rs一485协议,为此内部集成一个通用的uart和全功能收发器max3140。
电能质量监测需要对电压、电流、有功功率、无功功率、频率等基本参数进行实时监测,并对电力系统的谐波、三相电压不平衡度、电压闪变等指标进行分析。为了保证实时性,系统采用2片高速6通道同时转换的a/d转换器ad7656,同步采集三相电压信号和电流信号,简化了系统的硬件设计和软件程序设计,为dsp及时准确地完成繁多的系统任务和复杂的算法奠定了基础。a/d转换模块中,a/d采集要求dsp在接受到指示a/d转换已完成的信号后从a/d中读取转换结果,因此需要建立两个硬件中断,一个是a/d中断请求,busy引脚变低指示所有转换已完成,通知dsp可从片内的寄存器读转换结果;另一个是dsp接收a/d数据中断,如cs和rd低脉冲即为dsp从ad7656中读转换结果,在rd的上升沿将数据读入dsp,建立两个与硬件中断相对应的软件中断swi,建立配置a/d属性的任务。系统的硬件结构框图如图3。
应用电路三:
如图6所示为ad7656级联电路图,锁相环的输出信号pll-convst控制两块ad7656的21、22、23管脚,同时启动12路采集;cpu作为主机为ad7656的11管脚(ad—sclk)提供时钟信号。cpu从图6(a)的管脚7(data—outa)通过spi读取数据;图6(a)的12管脚与图6(b)的管脚7连接,实现两块ad7656的级联;通过判断ad7656的18管脚(ad—busy)来提醒cpu读取转换数据。
应用电路四:
采用2片ad7656-1配置成菊花链,可实现12通道同时采样,数据通过douta[]输出,s3c2410a用同步串行接[10(spio)接收数据,如图4所示。s3c2410a的gpeii弓|脚实现片上同步串行接[1spio的miso功能,gpei3(sck)3|脚实现spio接c的同步时钟输出,gpfo弓|脚配置为中断einto输入并与ad7656-1(1)的busy脚相连;gpbo设置为pwm输出,gpg9弓|脚没置为通用输出口,分别作为ad7656-1(1)和ad7656-1(2)的convst和cs的控制信号输入。ad7656-1连接外围电路时,必须对关键弓|脚进行必要的设置:ad7656-1(1)、ad7656-1(2)的dvcc、avcc、vdrive、refin/out和vss|脚须并联一个1uf的去耦电容;为了与s3c2410a的3.3v的接[匹配,vdrive接+3v电源;stby接vdrive,选择正常模式;range接地表示选择输入范围士10v;h/s接数字地选择为硬件配置;ser/par接vdrive,rd接数字地,选择为串行模式。ad7656-1(1)的dcen接vdrive,配置为菊花链模式,且sela接vdrive,selb、c,dcina、b、c接数字地;ad7656-1(2)的dcen接数字地,配置为排菊花链模式,且sela接vdrive,selb、c,dcinb、c接数字地。具体配置如图所示。
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