低功耗16位ADCAD7715的特性及在测量系统的应用

1 引言

在压力或温度测量中的传感器输出一般是毫伏级的微弱信号，传统的电路设计方法是在A/D转换之前增加一级高精度的测量放大器，这样一来就增加了成本，系统也较为复杂。AD7715具有完整的模拟前端，可以直接测量传感器输出的直流微弱信号，转换精度达到16位不失码。AD7715是ADI公司的单电源、低成本、低功耗16位ADC，适用于低频、高精度工业级转换。该器件采用三线串行口与微控制器或DSP系统联接，通过软件编程可以对增益、信号极性、输入通道作出设置。

2 AD7715主要特性

AD7715为16位不失码，线性误差0.0015%，自带可编程增益前置放大器，G=1，2，32和128，输入为差分输入，3线串行接口，带模拟输入缓冲器，3V或5V单电源工作，带输出速率可编程的低通滤波器，16引脚SIOC和DIP封装。AD7715的功能框图如图1所示。

AD7715具有16个引脚，分述如下：

（1） SCLK外部串行时钟输入端

（2） MCLKIN、MCLKOUT主时钟信号端（即晶振连接端）；

（3） RESET复位端；

（4） AIN（+）、AIN（-）为模拟信号输入端；

（5） AVDD；DVDD电源

（6） REFIN（+）、REFIN（-）端；

（7） AGND；DGND接地端

（8） CS片选端；

（9） DRDY端；

（10） DOUT数据输出端；

（11） DIN数据输入端。

3 AD7715在测量中的典型应用

硬件设计

AD7715只需要极少的外部元件便可以构成一个高精度的测量仪表，利用串行接口可以和各种单片机或微处理器联接。根据笔者的实际应用，这里介绍AD7715与最常用的89C51联接，组成一个测量系统。其接口具体电路见图2。

从图中可以看出，AD7715除了晶振和微调电容以外，几乎无需其他元件。参考电压由电桥激励电源通过分压电阻R1、R2提供、可以消除因激励电压变化引起的测量误差。AD7715工作电源有模拟电源（AVDD）和数字电源（DVDD）之分，不需要特定的加电顺序，可以先加AVDD或DVDD电源。需要注意，在REFIN、AIN和其他逻辑输入引脚加入信号之前、应给AD7715电源接通，以免发生闭锁（Latch-up）。

89C51集成度高，一般不需扩充就能满足要求；速度快，完全可以和AD7715配合使用；低功耗，5V电源和AD7715单电源正好适合使用在便携式仪器和电池供电的场合。

安装AD7715的印刷线路板，应将模拟和数字部分分隔开，限制在特定的区域内。AGND和DGND应当一点连接，为星形接地点，尽量*近AD7715的位置。另外，应将模拟地布置在器件的下面，而不要将数字地布置在下面，地线和电源线尽可能粗些。

软件设计

AD7715通过对片内寄存器的编程，可以实现增益选择、滤波频率选择、转换周期选择、自动校准和AD转换等功能。对AD7715的任何一种操作，必须首先对通信寄存器写入相应代码，然后才能对其他寄存器读写。

AD7715的大多数寄存器是8位寄存器，只有数据寄存器、零点校准寄存器和满量程校准寄存器是16位寄存器。对于8位89C51单片机说，16位寄存器数据需要分2个字节进行读写操作。

图3示出一个AD7715自校准操作的程序流程图

4 结语

该芯片具有自校准、系统校准和背景校准功能，可以消除零点误差、满量程误差及温度漂移的影响。该器件很容易与89C51接口，适合于便携式工业温度、压力等仪表中应用。