ad420详解（整理）

摘要AD420 是具有灵活串行数字接口的 16 住数模转换器，它带有 SPI 和 Microwire 总线 接口，使用方便、性价比高。介绍了 AD420 的引脚功能、电气特性,阐述了 AD420 与 MSP430 的接口技术，并给出了在 MSP430 控制下的实际应用电路及程序。 关键词AD420；D/A 转换；MSP430 ；电流环 1 概述AD420 是 ADI 公司生产的高精度、低功耗全数字电流环输出转换器。AD420 的输出信 号可以是电流信号，也可以是电压信号。其中电流信号的输出范围为 4mA20mA，0mA20mA 或 0mA24mA，具体可通过引脚 RANGE SELECTl，RANGE SELECT2 进行配置。当需要输出电压信号时，它也能从一个隔离引脚提供电压输出，这时 需外接一个缓冲放大器，可输出 0V ～5V ，0V10V ，5V 或10V 电压。AD420 具有灵活的串行数字接口最大速率可达 3.3 Mb/s，使用方便、性价比高、抑制 干扰能力强，非常适合用于高精度远程控制系统。AD420 与单片机的接口方式有 2 种3 线制和异步制。单片机系统通过 AD420 可实现连续的模拟量输出。其主要特点如下宽泛的电源电压范围为 12 V32 V ，输出电压范围为 0V-2.5 V；带有 3 线模式的 SPI 或 Microwire 接口，可采集连续的模拟输入信号，采用异步模式时 仅需少量的信号线；数据输出引脚可将多个 AD420 器件连接成菊链型；上电初始化时，其输出最小值为 0 mA，4 mA 或 O V ；具有异步清零引脚，可将输出复位至最小值0mA、4 mA 或 0V ；BOOST 引脚可连接一个外部晶体管来吸收回路电流，降低功耗；只需外接少量的外部器件，就能达到较高的精度。AD420 采用 24 引脚 SOIC 和 PDIP 封装，表 1 是其引脚功能说明。2 工作原理在 AD420 中，二阶调节器用于保持最小死区。从调节器发出的单字节流控制开关电流 源，两个连续的电阻电容装置进行过滤。电容为电流输出额外增加的器件。输出电流则简 单显示为 4 mA～20 mA，OmA ～20mA 或 0mA～24mA。AD420 采用 BiCMOS 工艺，能够 适合高性能的低电压数字逻辑和高电压模拟电路。 如果需要，AD420 同样能够提供电压输出代替电流环输出。增加了一个额外的电压放大 器使用户得到 OV5 V，0V ～10V，5V 或10V 的电压。AD420 有一个环路故障检测电路。当开环或者供电电压不足使 IOUT 电压超过限制电压 时会产生警报。故障检测端为低电平触发，所以可以用一个上拉电阻器同时连接至多个AD420 的故障检测端，上拉电阻器可以接至 VLL 端或外接 5 V 逻辑电压。IOUT 电流由一个 PMOS 晶体管和内置放大器控制。内置电路提供故障输出，避免使用 窗口限制比较器，这就要求在故障检测端输出有效之前需要一个实际的误差输出。反之， 当 AD420 输出级的内置放大值低于 l V 的驱动值时，信号就会产生。因此，故障输出端在 跳转限制达到要求之前保持不变。由于比较在输出放大反馈网络内进行，输出精度通过开 环增益保持稳定，在故障检测输出变为有效之前没有输出误差。3 个数字接口，包括数据 输入、CLOCK、LATCH。如果用户想要使本质安全应用电路具有最少的流电隔离器数目， 可将 AD420 配置在异步模式下工作，这种模式可将 LATCH 通过一个限流电阻连接到 Vcc 来实现。数据的值通过 O，1 进行组合来构造信息并触发 LATCH 信号。 2.1 时序操作如图 1 所示，AD420 采用∑-△架构进行 A/D 转换，由于其内部结构固有的单调性以及 高分辨率，因此特别适合工业控制环境的相对低带宽需求。2.2 电流模式输出如图 2 所示，AD420 在不需要任何外部有源器件的情况下能提供 4 mA20 mA、0 mA20 mA 及 0mA24mA 电流输出。滤波电容 Cl 和 C2 可选择低成本的陶瓷电容。为了 满足满量程 3 ms 的快速响应，应选用低电介质吸收电容，其中 C10.0lμF，C20.0lμF。 2.3 电压模式输出如图 3 所示，由于 AD420 是一个单电源器件，必须在 VOUT 引脚增加一个外部缓冲放 大器。其两级电压输出范围如表 2 所列。 2.4 可选范围及零点调整用户若希望获得低于指定值的偏移和增益误差，可用图 4 给出的简单方法来调整这些参 数。选用低漂移电阻要谨慎，因为它们会影响 DAC 的温度漂移性能。调整算法采用迭代 法。在 4 mA～20 mA 模式下，AD420 的参数调整方法如下所示1偏移调整。设所有输入为 0，调节调零电阻RZERO 使输出电流为 4.00000 mA。 2增益调整。设所有输入为 1，调节调零电阻RZERO 使输出电流为 19.99976 mA。重复第一和第二步，直到两端的精度都达到要求。在 BOOST 引脚以及电源之间连接一个 5 kΩ 电阻RSPAN2可使增益提高0.8％。由于 RSPAN 电阻可变化到最大值 500 Ω ，在 RSPAN 电阻和基准输入电阻30 kΩ的作 用下，基准输入端电压将受到影响。当调整 RSPAN2 电阻的大小时，三者共同影响将使基 准输入电压误差在-0.8 ％0.8 ％范围内变化。 3 基于 MSP430 的接口应用及编程硬件接口电路如图 5 所示。MSP430 的串口通信模块可用两种方式实现一是直接采用 硬件通用串行同步/ 异步模块USART ；二是通过定时器模块实现串口通信功能。这两种方 式有很大的区别前者 USART 模块是在一系列寄存器设置后，由硬件自动实现数据的移 进和移出来完成串行通信的功能，同时还能实现两种通信协议，即 UART 异步通信协议和 SPI 同步通信协议；后者是在定时器的作用下，人工通过用户软件控制，逐位地将数据由 端口发送或接收，因此常称为软件串行口。 MSP430 的发送或接收主要是移位寄存器在起作用。两个缓存器都是采用移位寄存器加 缓存的结构。接收时，当移位寄存器将接收来的数据位流组合满一个字节后，保存到接收 缓存 URXBUF；发送时，是将发送缓存 UTXBUF 内的数据逐一送至发送端口。发送和接 收两个移位寄存器的移位时钟都是波特率发生器产生的时钟信号 BITCLK。MSP430 的接 收和发送分别使用两个寄存器，为全双工。对于没有 SPI 总线的单片机，可用 MSP430 的 I/0 口模拟 SPI 总线，程序如下、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、一、 AD420 特性  AD420 是 ADI 公司的全数字电流环输出转化器产品  电流输出4m