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12位并行模/数转换芯片AD1674

AD1674是美国AD公司推出的一种完整的12位并行模/数转换单片。该芯片内部自带采样保持器（SHA）、10伏基准电压源、时钟源以及可和微处理器总线直接接口的暂存/三态输出缓冲器。与原有同系列的AD574A/674A相比,AD1674的内部结构更加紧凑,集成度更高,工作性能（尤其是高低温稳定性）也更好,而且可以使设计板面积大大减小,因而可降低成本并提高系统的可靠性。笔者在研制某新型国产机载武器系统中采用了M级AD1674T,它可实时地采集各传感器的模拟参量,以进行快速、精确的数据转换并传给CPU进行处理,从而有效地控制整个武器系统的打击精度。

AD1674的基本特点和参数如下：

  • 带有内部采样保持的完全12位逐次逼近（SAR）型模/数转换器；
  • 采样频率为100kHz；
  • 转换时间为10μs；
  • 具有±1/2LSB的积分非线性（INL）以及12位无漏码的差分非线性（DNL）；
  • 满量程校准误差为0.125%；
  • 内有+10V基准电源,也可使用外部基准源；
  • 四种单极或双极电压输入范围分别为±5V,±10V,0V～10V和0V～20V；
  • 数据可并行输出,采用8/12位可选微处理器总线接口；
  • 内部带有防静电保护装置（ESD）,放电耐压值可达4000V；
  • 采用双电源供电：模拟部分为±12V/±15V,数字部分为+5V；
  • 使用温度范围：

    • AD1674J/K为0℃～70℃（C级）；

    AD1674A/B为-40℃～85℃（I级）；

    AD1674T为-55℃～+125℃（M级）。

  • 采用28脚密封陶瓷DIP或SOIC封装形式。
  • 功耗低,仅为385mW。

    • TheAD1674 is a complete, multipurpose, 12-bit analog-to-digital converter, consisting of a user-transparent on-board sample-and-hold amplifier (SHA), 10 volt reference, clock and three-state output buffers for microprocessor interface.

    The AD1674 is pin compatible with the industry standard AD574A and AD674A, but includes a sampling fuction while delivering a faster conversion rate. The on-chip SHA has a wide input bandwidth supporting 12-bit accuracy over the full Nyquist bandwidth of the converter.

    The AD1674 is fully specified for ac parameters (such as S/(N+D) ratio, THD, and IMD) and dc parameters (offset, full-scale error, etc.). With both ac and dc specifications, the AD1674 is ideal for use in signal processing and traditional dc measurement applications.

    TheAD1674 design is implemented using Analog Devices' BiMOS II process allowing high performance bipolar analog circuitry to be combined on the same die with digital CMOS logic.

    Five different temperature grades are available. The AD1674J and K grades are specified for operation over the 0°C to +70°C temperature range. The A and B grades are specified from -40°C to +85°C; the AD1674T grade is specified from -55°C to +125°C. The J and K grades are available in both 28-lead plastic DIP and SOIC. The A and B grade devices are available in 28-lead hermetically sealed ceramic DIP and 28-lead SOIC. The T grade is available in 28-lead hermetically sealed ceramic DIP.

    内部结构及引脚说明

    图1所示为AD1674的内部结构框图,图2所示为其引脚排列。

    AD1674的引脚按功能可分为逻辑控制端口、并行数据输出端口、模拟信号输入端口和电源端口四种类型。

    （1）逻辑控制端口

    12/8：数据输出位选择输入端。当该端输入为低时,数据输出为双8位字节；当该端输入为高时,数据输出为单12位字节。

    CS：片选信号输入端；

    R/C：读/转换状态输入端。在完全控制模式下,输入为高时为读状态；输入为低时为转换状态；在独立工作模式下,在输入信号的下降沿时开始转换。

    CE：操作使能端；输入为高时,芯片开始进行读/转换操作。

    A0：位寻址/短周期转换选择输入端。在转换开始时,若A0为低,则进行12位数据转换；若A0为高,则进行周期更短的8位数据转换；当R/C=1且12/8=0时,若A0为低,则在高8位（DB4～DB11）作数据输出；若A0为高,则在DB0～DB3和DB8～DB11作数据输出,而DB4～DB7置零。

    STS：转换状态输出端。输出为高时表明转换正在进行；输出为低时表明转换结束。

    （2）并行数据输出端口

    DB11～DB8：在12位输出格式下,输出数据的高4位；在8位输出格式下,A0为低时也可输出数据的高4位。

    （3）模拟信号输入端口

    10VIN：10V范围输入端,包括0V～10V单极输入或±5V双极输入；

    20VIN：20V范围输入端,包括0V～20V单极输入或±10V双极输入；

    应当注意的是：如果已选择了其中一种作为输入范围,则另一种不得再连接合作。

    （4）供电电源端口

    REF IN：基准电压输入端,在10V基准电源上接50Ω电阻后连于此端；

    REF OUT：+10V基准电压输出端；

    BIP OFF：双极电压偏移量调整端,该端在双极输入时可通过50Ω电阻与REF OUT端相连；在单极输入时接模拟地。图3给出了AD1674在单极和双极输入时的两种连接电路。

    VCC：+12V/+15V模拟供电输入；

    VEE：-12V/-15V模拟供电输入；

    VLOGIC：+5V逻辑供电输入；

    AGND/DGND：模拟/数字接地端；

    表1给出了AD1674的逻辑控制真值表。

    表1 AD1674控制逻辑真值表

    CE CS R/C 12/8 A0

    执  行  操  作
    0 × × × × 无操作
    × 1 × × × 无操作
    1 0 0 × 0 启动12位数据转换
    1 0 0 × 1 启动8位数据转换
    1 0 1 1 × 允许12位并行输出
    1 0 1 1 0 允许高8位并行输出
    1 0 1 0 1 允许低4位并行输出

    工作时序

    AD1674的工作模式可分为全控（Full-Con-trol）模式和独立（Stand-Alone）模式,而在这两种模式下,这的工作时序是同的。独立模式主要用于具有专门输入端系统,因而不需要有全总线的接口能力。而采用全控工作模式则有利于和CPU进行总线连接。

    图4、图5分别是AD1674在全控工作模式下的转换启动时序和读操作时序。转换启动时,在CE和CS有效之前,R/C必须为低,如果R/C为高,则立即进行读操作,这样会造成系统总线的冲突。一旦转换开始,STS立即为高,系统将不再执行转换开始命令,直到这次转换周期结束。而数据输出缓冲器将比STS提前0.6μs变低,且在整个转换期间内不导通。

    4 应用电路

    图6为某新型国产机载武器系统的数据采集处理部分的电路原理框图。来自保传感器的十六路模拟信号经过多路开关切换后送至高精密运放进行缓冲放大,同时还要保持信号的采样精度。AD1674T被接在±10V双极模拟电压输入模式,使用的是内部基准源和时钟。从开关选通模拟信号到A/D转换以及数据输出均由ADSP2100微处理器进行逻辑控制,每个这样的变换周期均为64μs,因而完成16个通道的模拟转换大约需要1ms的时间,可以符合该系统的响应技术要求。

    AD1674 特点
    AD1674 结构

    AD1674 产品型号选择
    Model Package Pins Temp Range 无铅封装产品
    5962-9316401MXA 28 ld Side-Brazed CerDIP 28 Mil N Material Declaration
    AD1674AD 28 ld Side-Brazed CerDIP 28 Ind N Material Declaration
    AD1674AR 28 ld SOIC - Wide 28 Ind N Material Declaration
    AD1674AR-REEL 28 ld SOIC - Wide 28 Ind N Material Declaration
    AD1674ARZ 28 ld SOIC - Wide 28 Ind Y Material Declaration
    AD1674BD 28 ld Side-Brazed CerDIP 28 Ind N Material Declaration
    AD1674BR 28 ld SOIC - Wide 28 Ind N Material Declaration
    AD1674BRZ 28 ld SOIC - Wide 28 Ind Y Material Declaration
    AD1674JN 28 ld PDIP 28 Comm N Material Declaration
    AD1674JNZ 28 ld PDIP 28 Comm Y Material Declaration
    AD1674JR 28 ld SOIC - Wide 28 Comm N Material Declaration
    AD1674JR-REEL 28 ld SOIC - Wide 28 Comm N Material Declaration
    AD1674JRZ 28 ld SOIC - Wide 28 Comm Y Material Declaration
    AD1674JRZ-REEL 28 ld SOIC - Wide 28 Comm Y Material Declaration
    AD1674KN 28 ld PDIP 28 Comm N Material Declaration
    AD1674KNZ 28 ld PDIP 28 Comm Y Material Declaration
    AD1674KR 28 ld SOIC - Wide 28 Comm N Material Declaration
    AD1674KRZ 28 ld SOIC - Wide 28 Comm Y Material Declaration
    AD1674KRZ-REEL 28 ld SOIC - Wide 28 Comm Y Material Declaration
    AD1674TD 28 ld Side-Brazed CerDIP 28 Mil N Material Declaration
    AD1674TD/883B 28 ld Side-Brazed CerDIP 28 Mil N Material Declaration