摘要：ADS1605是美國(guó)德州儀器公司（TI）生產(chǎn)的一款高采樣率、高精度、易使用的16位ΔΣ模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其簡(jiǎn)易的并行數(shù)字輸出數(shù)據(jù)接口可方便地與數(shù)字信號(hào)處理器（DSPs）接口。主要針對(duì)需要高精度測(cè)量和高速數(shù)據(jù)采樣的場(chǎng)合，如自動(dòng)測(cè)試設(shè)備、科研儀器、醫(yī)學(xué)圖像處理、數(shù)據(jù)采集、振動(dòng)分析等。文中主要介紹了ADS1605的性能特點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳排列，并對(duì)其和TI 的TMS320C5400系列數(shù)字信號(hào)處理器的接口作了簡(jiǎn)要說明。
關(guān)鍵詞：模數(shù)轉(zhuǎn)換器；ADS1605；高精度測(cè)量
分類號(hào)：TN409
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
ADS1605:The highest speed, 16-Bit Delta-Sigma ADC Jin Jian Zhang Chong
Abstract: The ADS1605 is a 16-bit delta-sigma analog-to-digital converter by Texas Instrument in U.S.A for high-speed, high-precision, and ease of use. The digital output data is provided over a simple parallel interface that easily connects to DSPs. It aims at mainly the applications which need high-precision measurement and high-speed data gathering, such as automated test equipment, scientific instrumentation, medical imaging, data acquisition, vibration analysis and so on . This paper introduces the performance, internal structure, pin descriptions, and offers an example of interfacing ADS1605 to the TMS320C5400 DSPs in brief.
Key words: ADC; ADS1605; high-precision measurement
1 概述：
ADS1605是德克薩斯儀器公司（Texas Instruments）開發(fā)的高速、高精度的16位Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。其采樣速率為5MSPS，帶寬為2.45MHz且?guī)?nèi)信號(hào)波動(dòng)小于±0.0025dB，信噪比（SNR）為88dB; 非線性失真（THD）為－99dB，無失真動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）為101dB。倍頻采樣（2X模式）時(shí)，數(shù)據(jù)采樣率能達(dá)到10MSPS。簡(jiǎn)易的并行數(shù)字輸出數(shù)據(jù)接口可直接與數(shù)字信號(hào)處理器（DSPs）連接，方便用戶接口設(shè)計(jì)。ADS1605的工作電源為+5V的模擬電源和+3V的數(shù)字電源，獨(dú)立的數(shù)字I/O電源設(shè)計(jì)使芯片可靈活與其它邏輯芯片接口，其工作電壓為+2.7V～+5.25V。芯片采用64引腳的TQFP封裝，封裝型式和引腳排列如圖1所示。
- ADS1605的主要工作特性如下：
（1） 創(chuàng)行業(yè)紀(jì)錄的5MSPS過采樣速率(2X模式時(shí)能達(dá)到10MSPS);
（2） 高精度：信噪比（SNR）為88dB; 非線性失真（THD）為－99dB; 無失真動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）為101dB;
（3） 2.45MHz帶寬的線性相位；
（4） 傳輸頻帶內(nèi)信號(hào)波動(dòng)：±0.0025dB；
（5） 可選的片上基準(zhǔn)電壓源；
（6） 可直接與TMS320C6000系列DSP芯片連接；
（7） 可調(diào)功耗：315～570mW;
（8） 停止采樣時(shí)，可通過啟動(dòng)休眠模式來減少功耗
圖1 TQFP型封裝和引腳排列
2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能
ADS1605的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，芯片由ΔΣ調(diào)制器、數(shù)字濾波器、I/O接口、FIFO、基準(zhǔn)源和偏置電路等組成。表1示出了引腳名稱及功能描述。
圖2 ADS1605的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
3 設(shè)計(jì)考慮
作為一款高性能的ΔΣ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，ADS1605的過采樣率在默認(rèn)狀態(tài)下為8，此刻的數(shù)據(jù)采樣率是5MSPS，倍頻模式（2XMODE）通過使過采樣率縮減為4來達(dá)到10MSPS的采樣速率。度量輸入信號(hào)和基準(zhǔn)電壓時(shí)，應(yīng)考慮將相關(guān)引腳信號(hào)電平進(jìn)行差分轉(zhuǎn)換：輸入信號(hào)電壓VIN=（AINP-AINN），基準(zhǔn)電壓VREF=（VREFP-VREFN）。16位的并行輸出數(shù)據(jù)總線可以直接與DSP芯片連接，方便用戶接口設(shè)計(jì)。獨(dú)立的數(shù)字I/O電源設(shè)計(jì)使芯片可靈活與其它邏輯芯片接口。
3.1 輸入控制
（1）模擬輸入（ AINP,AINN ）
ADS1605通過將差分轉(zhuǎn)換后的輸入信號(hào)電平VIN和差分轉(zhuǎn)換后的基準(zhǔn)電壓VREF進(jìn)行比較來進(jìn)行數(shù)據(jù)量化。此外，對(duì)基準(zhǔn)電源進(jìn)行內(nèi)部定標(biāo)保證了輸入信號(hào)電平VIN的最大幅值為1.545VREF。注意采樣值是有符號(hào)數(shù)，若A15為16位采樣數(shù)據(jù)的最高位，則A15為符號(hào)位，A15=0表示正極性，A15=1表示負(fù)極性，其它15位與輸入信號(hào)電平大小相對(duì)應(yīng)。最大正極性輸入信號(hào)的電平VIN為1.545VREF，相應(yīng)的數(shù)字編碼為7FFFh，最大負(fù)極性輸入信號(hào)的電平VIN為-1.545VREF，相應(yīng)的數(shù)字編碼輸出為8000h。
（2）基準(zhǔn)源輸入
無論選擇內(nèi)基準(zhǔn)源或外基準(zhǔn)源，基準(zhǔn)電壓VREF都等于VREFP和VREFN的差值，即：VREF=（VREFP-VREFN），VREFP和VREFN各有2個(gè)引腳（63，64和60，61），在使用前均應(yīng)分別短接。
選擇內(nèi)基準(zhǔn)源時(shí)，應(yīng)將
引腳置為低電平，以此激勵(lì)內(nèi)部電路產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓，選擇外基準(zhǔn)源時(shí)則相應(yīng)將引腳置為高電平。
（3）時(shí)鐘輸入
時(shí)鐘輸入由外部時(shí)鐘源提供，時(shí)鐘信號(hào)從CLK引腳輸入并控制ΔΣ調(diào)制器的數(shù)據(jù)采樣。此外，應(yīng)選用晶振作為時(shí)鐘源以實(shí)現(xiàn)最佳性能。
3.2 數(shù)據(jù)格式
16位輸出數(shù)據(jù)以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存在，見表2。當(dāng)輸入正極性信號(hào)電平VIN超過1.545VREF時(shí)，相應(yīng)的編碼輸出為7FFFh，同時(shí)OTR(溢出指示)引腳變成高電平，表示溢出。同樣，輸入負(fù)極性信號(hào)VIN低于-1.545VREF時(shí)，對(duì)應(yīng)的編碼輸出為8000h且OTR引腳變成高電平（溢出）。
