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24位A/D轉換器LTC2400及其應用
摘要：LTC2400是凌特公司（Linear）生產的一種微功能、高精度24位A/D轉換器，該芯片內部集成有振蕩器，工作電壓為2.7～5.5V，積分線性誤差（INL）為4ppm，RMS噪聲為0.3ppm，供電電流僅為200μA（待機時為20μA），采用Δ-∑技術獨特的體系結構，建立時間為單周期。文中介紹了LTC2400的主要功能和串行接口方法，給出了LTC2400與單片機的接口電路。關鍵詞：LTC2400A/D轉換器數據采集單片機
１ＬＴＣ２４００的引腳功能和內部結構
�。蹋裕茫玻矗埃安捎门cＳＰＩ接口兼容的３線數字接口，可應用于高分辨率和低頻應用場合，如稱重、溫度測量、氣體分析、應變儀，數據采集，工業控制等方面。它采用８腳ＳＯ－８封裝，其引腳排列如圖１所示。其引腳功能如下：
�。蹦_ＶＣＣ：電源；
�。材_ＶＲＥＦ：參考電壓輸入端；
３腳ＶＩＮ：模擬信號輸入腳；
�。茨_ＧＮＤ：接地腳；
５腳ＣＳ：片選端，低電平有效；
�。赌_ＳＤＯ：數據輸出端，同時也是轉換數據有效的指示端；
�。纺_ＳＣＫ：時鐘腳，雙向；
８腳ＦＯ：數字輸入腳，用于選擇需要抑制的頻率和ＡＤ轉換時間。
�。蹋裕茫玻矗埃暗墓╇婋妷海郑茫玫姆秶鸀椋玻贰担担郑凰柰饨踊鶞孰妷涸吹碾妷悍秶鸀椋埃保帧郑茫�；模擬信號輸入ＶＩＮ的輸入電壓范圍為－０．１２５ＶＲＥＦ～１．１２５ＶＲＥＦ。
ＬＴＣ２４００內部已集成了高精度的振蕩器，因此采用片內振蕩器時?不需要外接任何元件。ＬＴＣ２４００的數字濾波器能夠抑制５０Ｈｚ或６０Ｈｚ及其諧波。當芯片的Ｆ０腳接ＶＣＣ時，使用內部振蕩器可對輸入信號中的５０Ｈｚ干擾進行大于１１０ｄＢ的抑制，其ＡＤ轉換時間為１６０ｍｓ；Ｆ０腳接ＧＮＤ時，使用內部振蕩器可對輸入信號中的６０Ｈｚ干擾進行大于１１０ｄＢ的抑制，ＡＤ轉換時間為１３３ｍｓ；當Ｆ０腳接外部振蕩器ｆＥＯＳＣ時，其抑制的頻率為ｆＥＯＳＣ／２５６０，ＡＤ轉換時間為２０４８／ｆＥＯＳＣ。圖２所示為ＬＴＣ２４００的內部結構。
２ＬＴＣ２４００的工作過程及串行輸出
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ＬＴＣ２４００是一種低功耗、采用Δ－Σ技術且具有３線串行接口的ＡＤ轉換器，而且在ＡＤ轉換完成后將直接進入睡眠狀態。ＬＴＣ２４００的三線接口線分別是數據輸出（ＳＤＯ）、時鐘（ＳＣＫ）和片選（ＣＳ）。其工作流程如圖３所示。
ＬＴＣ２４００完成轉換就進入睡眠狀態。睡眠狀態的供電電流僅為２０μＡ。若ＣＳ一直為高電平，芯片將保持睡眠狀態。進入睡眠狀態時，數據最后的轉換結果將保存在芯片內部的靜態移位寄存器中。
當ＣＳ變為低電平時，ＬＴＣ２４００開始輸出轉換結果，此時數據轉換沒有等待時間，輸出數據即為剛進行的轉換結果。該轉換結果是在串行時鐘ＳＣＫ的控制下由ＳＤＯ輸出的，并在ＳＣＫ的下降沿更新，而在ＳＣＫ的上升沿可靠讀取。當３２位數據從ＬＴＣ２４００讀出或當ＣＳ被拉高時，數據輸出結束。此后ＬＴＣ２４００將自動開始新的數據轉換和重復周期。
２．２ＬＴＣ２４００的串行輸出接口
通過對ＣＳ和ＳＣＫ的控制，ＬＴＣ２４００可以提供幾種靈活的接口模式（內部或外部的ＳＣＫ模式）。不同轉換模式的選擇無需對ＬＴＣ２４００的寄存器進行設置，并且不影響數據轉換周期。使用時鐘信號ＳＣＫ（ＰＩＮ７）控制轉換數據的輸出時，轉換結果將在時鐘ＣＬＫ的下降沿由ＳＤＯ腳輸出。在內部時鐘模式，ＳＣＫ信號由ＬＴＣ２４００產生輸出?在外部ＳＣＫ模式，ＳＣＫ為ＬＴＣ２４００外部輸入的時鐘信號。下面詳細介紹外部串行時鐘的三線接口方法。
當ＬＴＣ２４００上電時，如果ＳＣＫ為低電平，轉換進入外部串行模式；在ＣＳ信號的下降沿，ＳＣＫ信號必須為低電平。
當ＣＳ為高電平時，ＳＤＯ為高阻態，此時，ＳＤＯ連接的接口線可以作為其它應用。如果ＬＴＣ２４００在轉換和睡眠時?ＣＳ為低電平，那么，ＳＤＯ的輸出狀態將用于指示ＥＯＣ。在ＡＤ轉換階段，ＳＤＯ的輸出狀態ＥＯＣ將變為高電平，而一旦轉換完成，ＥＯＣ又變為低電平。在ＬＴＣ２４００處于睡眠狀態時，如果ＣＳ為低電平，系統會在ＳＣＫ的上升沿將其喚醒。圖４所示是ＬＴＣ２４００的外部串行時鐘接口時序圖。
ＣＳ信號除用來檢測ＬＴＣ２４００的狀態和輸出ＡＤ轉換數據外，還可用來控制全部串行數據輸出之前進行的新一次ＡＤ轉換。在ＬＴＣ２４００處于數據輸出狀態時，ＣＳ由低變高以停止串行輸出，同時開始新的ＡＤ轉換。
由于在ＣＳ為高電平時，數據輸出端ＳＤＯ為高阻態，因此，在ＬＴＣ２４００的轉換過程中，可通過將ＣＳ變為低電平來檢測轉換狀態。當ＣＳ為低電平時，ＳＤＯ腳輸出的ＥＯＣ信號為１，表示轉換正在進行；ＥＯＣ為０表示轉換完成，系統處于睡眠狀態。當ＬＴＣ２４００處于睡眠狀態時，其轉換結果將保存在內部移位寄存器中。ＣＳ為低可在ＳＣＫ的上升沿喚醒ＬＴＣ２４００，此時轉換數據將在ＳＣＫ的下降沿串行輸出。ＥＯＣ通常在ＳＣＫ的第一個上升沿被鎖存，直到第３２個上升沿鎖存結束，同時，系統將在第３２個下降沿開始的新一輪轉換。
圖4外部串行時鐘接口時序圖
一般情況下，在數據輸出過程中，如果ＣＳ為低電平，那么，系統將在ＳＣＫ的第一個上升沿和第３２個下降沿中間將ＣＳ變高以停止數據輸出。
�。澈停粒裕福梗茫玻埃担眴纹瑱C的接口應用
利用ＬＴＣ２４００實現高精度信號采集功能的系統原理圖如圖５所示。在該數據采集系統中，ＬＴ２４００芯片的外圍電路十分簡單。ＡＴ８９Ｃ２０５１單片機作為控制器，其中Ｐ１．４、Ｐ１．５和Ｐ１．６與ＬＴＣ２４００的ＳＣＫ、ＳＤＯ和ＣＳ相連，數據轉換結果也通過該串行口輸出；該系統采用電壓為５Ｖ的基準源；信號由ＬＴＣ２４００的ＶＩＮ輸入，輸入的電壓范圍為－０．６２５～５．６２５Ｖ；轉換速率為６．２５ＰＰＳ；數據通過ＡＴ８９Ｃ２０５１的ＲＸＤ和ＴＸＤ并經ＭＡＸ２０２進行電平轉換后由串行口輸出給上位機。
圖5LTC2400數據采集原理圖
通過實際應用證明，ＬＴＣ２４００芯片具有很高的性能，可以較好地實現預期的設計功能，目前?筆者已將其應用在地震前兆形變觀測儀器中，且效果良好。
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