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七月 10 2019

AD7705的特点、引脚功能及应用电路

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AD7705AD7705ADI2.7V至3.3V或4.75V至5.25V最大1mW(3V)最大8µA

目录

1.概述
2.主要特点
3.内部结构
4.引脚排列与功能

5.片内寄存器操作

5.1通信寄存器

5.2设置寄存器

5.3时钟寄存器

6.应用电路

6.1压力测量

6.2温度测量

6.3智能发射器

6.4电池监控

6.5气象探测仪

  AD7705为完整16位、低成本、Σ-Δ型ADC,适合直流和低频交流测量应用。其具有低功耗(3V时最大值为1mW)特性,因而可用于环路供电、电池供电或本地供电的应用中。片内可编程增益放大器提供从1至128的增益设置,无需使用外部信号调理硬件便可接受低电平和高电平模拟输入。本文主要介绍了AD7705的特点、内部结构、引脚功能及应用电路。

  1.概述

  AD7705采用SPIQSPI兼容的三线串行接口,能够方便地与各种微控制器和DSP连接,也比并行接口方式大大节省了CPU的I/O口。下应用电路中,采用80C51控制AD7705,对桥式传感信号进行模数转换。此方案采用二线连接收发数据。AD7705的CS接到低电平。DRDY的状态通过监视与DRDY线相编程数字滤波器等部件。能直接将传感器测量到的多路微小信号进行AD转换。这种器件还具有高分辨 率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点,非常适合仪表测量、工业控制等领域的应用。

AD7705

  图1 AD7705

  2.主要特点

  2个全差分输入通道的ADC,十六位无丢失代码,0.003%非线性;可编程增益:1~128;三线串行接口;具有模拟输入端缓冲器;工作电压:2.7~3.3V 或4.75~5.25V;低功耗,3V电压时,最大功耗为1mW;等待电流的最大值为8μA;16脚DIP、SOIC和TSSOP封装。

  3.内部结构

  AD7705是完整的16位AD转换器。若外接晶体振荡器、精密基准源和少量去耦电容,即可连续进行A/D转换。它采用了Σ-Δ技术,可以获得16位无误码数据输出。这一点非常符合对分辨率要求较高但对转换数字要求不高的应用,例如数字音频产品和智能仪器仪表产品等。增益可编程大器AD7705包括两个全差分模拟输入通道。片内的增益可编程放大器PGA之一,能将不同摆幅范围的各类输入信号放大到接AD转换器的满标度电压再进行A/D转换,这样有利范围的双极性信号。

AD7705内部结构图

  图2 AD7705内部结构图

  4.引脚排列与功能

AD7705引脚排列图

  图3 AD7705引脚排列图

  AD7705引脚功能表

AD7705引脚功能表

AD7705引脚功能表

  5.片内寄存器操作

  AD7705包含了8个片内寄存器,这些寄存器通过器件的串行口访问,所有的操作都是通过对寄存器的操作。第一个是通信寄存器,器件复位后,通信寄存器处于等待状态,通过通信寄存器写操作,决定下一次操作是写还是读,同时决定这一次读操作或写操作发生在那个寄存器上。也就是说所有的寄存器(包括通信寄存器本身和输出数据寄存器)进行读操作之前,必须首先写通信寄存器,然后才能读选定的寄存器。下面简单介绍寄存器的功能。

  5.1通信寄存器

通信寄存器

  0/DRDY-:写操作时此位必须为0,读操作时表示数据寄存器数据是否准备好。

  RS2,RS1,RS0:寄存器选择位。

  R/W-:读写选择。“0”表示下一次是写操作。“1”表示下一次是读操作。

  STBY:等待模式,写入“0”器件处于正常工作模式。

  CH1,CH0:通道选择,00选择通道1,01选择通道2。

  5.2设置寄存器

设置寄存器

  MD1,MD0:工作模式选择位,00为正常工作模式,01为自校准,10为零刻度系统校准,11为满刻度系统校准。

  G2,G1,G0:增益选择位,00~08分别对应增益值1~128。B-/U:单极性/双极性择位“, 0”表示双极性。

  BUF:输入缓冲控制位,“0”表示无缓冲。

  FSYN:滤波器同步。

  5.3时钟寄存器

时钟寄存器

  ZERO:必须为0,否则会导致器件的非指定操作。

  CLKDIS:主时钟禁止位,“1”禁止时钟在MCLK OUT引脚输出。

  CLKDIV:时钟分频位。

  CLK:时钟位。时钟频率为2.4576MHz时,该位设置为“1”,时钟频率为1MHz时,该位设置为“0”。

  FS1,FS0:滤波器选择位,与CLK一起决定器件的输出更新率。如表1。

FS1,FS0与CLK决定的器件输出更新率

  数据寄存器:这是一个十六位只读寄存器,它包含了最新的转换结果。

  测试寄存器:用于测试期间器件,用户一般不用。

  零标度校准寄存器和满标度校准寄存器:都是24位,用户一般不用。

  6.应用电路

  6.1压力测量

  AD7705/7706的一个典型应用就是压力测量。图4所示是AD7705/7706与一个压力传感器一起使用的情况。压力传感器被安装在一个桥式电路中,在它的OUT(+)和OUT(-)端输出差分输出电压。当在传感器上加上满标度压力(300mmHg)时,差分输出电压(即IN(+)和IN(-)两端之间的电压)是输入电压的3mV/V.假定激励电压是5V,则传感器的满标度输出电压是15mV。桥式电路的激励电压还用来为AD7705/7706产生基准电压。因此,激励电压的变化不会造成系统内的误差。图中,当两个电阻值分别为24kS和15k2时,激励电压为5V时,AD7705/7706产生的基准电压为1.92V.器件具有128的可编程增益时,AD7705/7706的满标度输入幅度应是15mV.此值与传感器的输出范围有关。AD7705/7706的第二个通道可作为一个辅助通道以测量另一个变化,如温度,如图4所示。这个次级通道可以用来调整初次通道的输出信号,以便消除温度对系统的影响。

AD7705作压力测量

  图4 AD7705作压力测量

  6.2温度测量

  AD7705的另外一个应用领域是温度测量。图5是一个热耦与AD7705的连接图。在这一应用中,AD7705在缓冲模式下工作,以便允许前端的大去耦电容器消除可能在热耦引脚上的任何噪声检拾。当AD7705在缓冲模式下工作时,其共模输入范围缩小。为了将来自热耦的差分电压置于一个合适的共模电压上,AD7705的AIN1(-)输入端要向上偏置达到基准电压(+2.5V)

用AD7705作温度测量

  图5 用AD7705作温度测量

  图6所示是AD7705的另一个温度测量应用。在这一应用中,传感器是一个RTD(热敏电阻),PT100。它是一个四引脚的RTD。在引线电阻RL1和RL4上有电压降,但这只使共模电压发生了偏移。当AD7705的输入电流很低时,引线电阻RL2和RL3上无电压降。引线电阻呈现了一个小的源阻抗,所以一般不必将AD7705中的缓冲器打开。如果要求使用缓冲器,必须通过在RTD的底端和AD7705的GND之间插入一个小电阻来设置相应的共模电压。在此应用中,外部400UA电流源为PT100提供激励电源,同时通过6.25kS2的电阻器。为AD7705产生基准电压。激励电流的变化不影响电路工作,这是因为输入电压和基准电压都随激励电流变化。然而,6.25k2的电阻器必须有很小的温度系数以避免温度范围内基准电压的误差。

利用AD7705进行RTD测量

  图6 利用AD7705进行RTD测量

  6.3智能发射器

  另一个应用领域是在低功率、单电源、三线接口的智能发射器中。这里,整个智能发射器必须在4~20mA的环路中进行工作。环路容许向发射器供电的总电流低到3.5mA.其中AD7705仅消耗320UA的电流,留下至少3mA的电流给发射器的其它部分。图7所示是包含AD7705的一个智能发射器的方框图。带有双输入通道的AD7705对于需要辅助通道以测定变量用来修正主通道的系统特别适合。

使用AD7705的智能发射器

  图7 使用AD7705的智能发射器

  6.4电池监控

  另一个要求应用低功率,单电源工作的领域就是在便携式装置中的电池监控。图8是一个电池监控器的方框图,包括AD7705和用来差分测量每一节电池的两端电压的外部多路器(mulTIplexer,AD7705的第二个通道用来监控电池的漏电流。带有双输入通道的AD7705很适合用于需要两个输入通道的测量系统,就象在本例中,用来监控电压和电流。因AD7705能够适应很弱的输入信号,所以RSENSE能用很小的阻值,这样就能够降低不必要的电源损耗。这个系统工作在增益为128的情况下,满标度为士9.S57mV的信号能以2UV的分辨率进行测量,并给出13.5位的稳定性能。为了在非缓冲模式下获得额定的特性,假定模拟输入电压的绝对值在GND-30mV和VDD+30mV之间,输入共模范围为GND到VDD。25C时,在性能不降低的情况下,AD7705能够承受GND-200mV的绝对电压,但漏电流在温度升高时将增大很多。

使用AD7705的电池监控电路

  图8 使用AD7705的电池监控电路

  6.5气象探测仪

  由于AD7705的功耗很小(最大1.1mA),所以在设计中将AD7705的电源输入端VDD直接连接到REF195基准电压输出端第6脚上,从而大大减少了电源干扰造成的转换误差。第一通道的输入端加入去耦电路,3个1000p的去耦电容CC5、CC6、CC7和两个10k电阻,因为引入了大电容去耦电路,因此需要AD7705工作于缓冲模式。通道2作为供电电压的监测。

气象探测仪电路图

  图9 气象探测仪电路图

  从图9可以看出,AD7705输入基准电压等于+5V,被y输入端input2输入电压负端接地,正端最大输入幅度+0.3V,故增益可以选择8或者16。input1是从+12V电源分压得到2.0V左右,可以选择增益2。注意输入信号。幅度与增益关系,通道增益太大放大结果会超过基准电压+5V,造成转换结果错误。

  AD7705内部只有一套模数转换电路,通道1和通道2的选择通过软件设置进行切换,实际应用中往往需要对不同通道采取不同的增益,动态地对AD7705进行增益、通道设置,很灵活方便地达到这一目的。

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