摘要：介紹了16位Σ-ΔA/D轉換器AD7705的特點、結構和應用，并舉例說明這種串行輸入/輸出的A/D轉換器與微控制器的一般接口方式，指出了微控制器對AD7705片內寄存器編程的關鍵，并且給出了數據手冊中沒有的C51接口讀寫程序。��

    關鍵詞：Σ-Δ  A/D轉換器 數字濾波器 增益可編程放大器

　　AD7705是 AD公司新推出的16位Σ-ΔA/D轉換器。器件包括由緩沖器和增益可編程放大器(PGA)組成的前端模擬調節電路，Σ-Δ調制器，可編程數字濾波器等部件。能直接將傳感器測量到的多路微小信號進行A/D轉換。這種器件還具有高分辨率、寬動態范圍、自校準、優良的抗噪聲性能以及低電壓低功耗等特點，非常適合儀表測量、工業控制等領域的應用。它采用三線串行接口,有兩個全差分輸入通道,能達到0.003%非線性的16位無誤碼數據輸出，其增益和數據輸出更新率均可編程設定，還可選擇輸入模擬緩沖器，以及自校準和系統校準方式。工作電壓3 V或5 V。3 V電壓時，最大功耗為1 mW，等待模式下電源電流僅為8 μA。�ァ�

　　1 內部結構

��  AD7705是完整的16位A/D轉換器。內部結構如圖1。若外接晶體振蕩器、精密基準源和少量去耦電容，即可連續進行A/D轉換。它采用了成本較低但能獲得極高分辨率的Σ-Δ轉換技術，可以獲得16位無誤碼數據輸出。這一點非常符合對分辨率要求較高但對轉換數字要求不高的應用，例如數字音頻產品和智能儀器儀表產品等。下面對該器件幾個重要部分和特性作簡要說明。��

    增益可編程放大器AD7705包括兩個全差分模擬輸入通道。片內的增益可編程放大器PGA可選擇1、2、4、8、16、32、64、128八種增益之一，能將不同擺幅范圍的各類輸入信號放大到接近A/D轉換器的滿標度電壓再進行A/D轉換，這樣有利于提高轉換質量。當電源電壓為5 V，基準電壓為2.5 V時，器件可直接接受從0～20 mV至0～2.5 V擺幅范圍的單極性信號和從0～±20 mV至0～±2.5 V范圍的雙極性信號。必須指出：這里的負極性電壓是相對AIN(－)引腳而言的，這兩個引腳應偏置到恰當的正電位上。在器件的任何引腳施加相對于GND為負電壓的信號是不允許的。輸入的模擬信號被A/D轉換器連續采樣，采樣頻率fS由主時鐘頻率fCLK和選定的增益決定。增益（16～128）是通過多重采樣并利用基準電容與輸入電容的比值共同得到的。

　　

　　數字濾波和輸出更新速率模擬信號由Σ-Δ調制器變換為占空比被模擬電壓調制(調寬)的數字脈沖串，然后在片內使用低通數字濾波器將其解釋成16位二進制數碼并濾去噪聲，以完成A/D轉換。AD7705采用一個(sinNx/sinx)3�Ш瘮档屯〝底譃V波器，其振幅頻率特性如下：

　　

　　 式中：N為調制速率與輸出更新速率之比。
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    需要指出器件產生的噪聲源主要來自半導體噪聲和量化噪聲，PGA放大量和濾波器第一凹口頻率越低，則輸出的半導體噪聲和量化噪聲越小，A/D轉換器的實際分辨率越高。

  �バ�準和自校準為提高A/D轉換質量，AD7705提供自校準和系統校準兩種功能選擇。每當環境溫度和工作電壓發生變化，或者器件的工作狀態改變如輸入通道切換、增益或數字濾波器第一凹口頻率變動、信號輸入范圍變化等任一項發生時，必須進行一次校準。對于自校準方式，校準過程在器件內部一次完成。AD7705內部設置AIN(+)端和AIN(－)端為相同的偏置電壓，以校準零標度；滿標度校準是在一內部產生的VREF電壓和選定的增益條件下進行的。系統校準則是對整個系統增益誤差和偏移誤差，包括器件內部誤差進行校準。在選定的增益下，先后在外部給AIN(+)端施加零標度電壓和滿標度電壓，先校準零標度點，然后校準滿標度點。根據零標度和滿標度的校準數據，片內的微控制器計算出轉換器的輸入輸出轉換函數的偏移和增益斜率，對誤差進行補償。

    數字接口AD7705的串行數據接口包括5個接口，其中片選輸入CS、串行時鐘輸入SCLK、數據輸入DIN、轉換數據輸出口DOUT用于傳輸數據，狀態信號輸出口 用于指示什么時候輸出數據寄存器的數據準備就緒。當 為低電平時，轉換數據可用；當 為高電平時，輸出寄存器正在更新數據，不能讀取數據。器件的A/D轉換過程是按設定的數據輸出更新速率連續進行的。任何操作都需要對相應片內寄存器送入新的編程指令。

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