運(yùn)用于溫度檢測(cè)和儀表儀器等MS5194參數(shù)與替代AD7794

鑫邦旺電子科技

MS5194描述

MS5194T/MS5195T 為適合高精度測(cè)量應(yīng)用的低功耗、低噪聲、六通道差分輸入的 24bit/16bit 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部集成了低噪聲輸入緩沖器、低噪聲儀表放大器、精密低噪聲、低漂移內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)，也可采用外部差分基準(zhǔn)電壓。其片內(nèi)還集成可編程激勵(lì)電流源、burnout 電流源和偏置電壓發(fā)生器。偏置電壓發(fā)生器可將通道的共模電壓設(shè)置為 0.5*AVDD。

此芯片采用外部時(shí)鐘或內(nèi)部時(shí)鐘，輸出數(shù)據(jù)速率可通過軟件設(shè)置數(shù)據(jù)更新速率為 4.17Hz 到 470Hz。電源電壓范圍為 2.7V 到5.25V。MS5194T/MS5195T 采用了 TSSOP24 封裝。

主要特點(diǎn)

RMS 噪聲：MS5194T 在 16.7Hz 為 40nV

功耗：典型值為 400uA

集成低噪聲、可編程增益儀表放大器

集成低溫漂電壓基準(zhǔn)：5ppm/°C

更新速率：4.17Hz 到 470Hz

集成 50Hz/60Hz 限波濾波器

集成可編程電流源

集成內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器

集成內(nèi)部 burnout 電流、激勵(lì)電流

集成片內(nèi)偏置電壓發(fā)生器

電源電壓：2.7V 到 5.25V

工作溫度范圍：-40°C 到 105°C

應(yīng)用

衡器應(yīng)力檢測(cè)

氣體分析和血液分析

工業(yè)過程控制和儀器儀表

液相和氣相色譜儀

6 位DVM

MS5194 pin=pin AD7794 ,軟件硬件都不需要改動(dòng)，客戶反饋測(cè)試數(shù)據(jù)基本跟AD7794相同完美替代進(jìn)口。

封裝圖

管腳圖

內(nèi)部框圖

極限參數(shù)

功能描述

概述

MS5194T/MS5195T 為低功耗∑-ΔADC ,內(nèi)置∑-Δ調(diào)制器、輸入緩沖器、基準(zhǔn)電壓源、儀表放大器和片內(nèi)數(shù)字濾波器，主要用于測(cè)量寬動(dòng)態(tài)范圍的低頻信號(hào)，例如壓力傳感器、電子秤和溫度測(cè)量應(yīng)用中的信號(hào)。每個(gè)器件都有三個(gè)差分輸入端，可以被配置為緩沖模式或無緩沖模式�；鶞�(zhǔn)電壓采用外部基準(zhǔn)電壓。

用戶能夠通過編程設(shè)置 MS5194T/MS5195T 的輸出速率(fADC)。當(dāng)更新速率為 16.7Hz 或更低時(shí)，陷波頻率同時(shí)為 50Hz 和 60Hz。根據(jù)輸出更新速率的不同，MS5194T/MS5195T 采樣的濾波器也略有不同，以便優(yōu)化對(duì)量化噪聲和器件噪聲的抑制。當(dāng)更新速率值在 4.17Hz 至 12.5Hz 范圍內(nèi)時(shí)，采用 Sinc3濾波器和均值濾波器；當(dāng)更新速率值在 16.7Hz 至 39Hz 范圍內(nèi)時(shí)，器件采用經(jīng)修正的 Sinc3 濾波器。

當(dāng)更新速率達(dá)到 16.7Hz 時(shí)，此濾波器提供 50Hz/60Hz 抑制；當(dāng)更新速率值在 50Hz 至 242Hz 范圍內(nèi)時(shí)，采用 Sinc4 濾波器；當(dāng)更新速率達(dá)到 470Hz 時(shí)，器件采用僅有積分功能的濾波器。

模擬輸入通道

MS5194T/MS5195T 有 6 個(gè)差分模擬 輸入通道。當(dāng)器件運(yùn)行在緩沖模式下時(shí)，這些通道將與片內(nèi)緩存器相連；而當(dāng)器件運(yùn)行在無緩沖模式下時(shí)，通道直接與調(diào)制器相連。在緩沖模式下（配置寄存器中的 BUF 設(shè)置為 1)，信號(hào)輸入到緩沖放大器的高阻抗輸入級(jí)。因此，輸入端可耐受較大的源阻抗，適用于那些與外部阻性傳感器直接相連的應(yīng)用，例如應(yīng)變計(jì)或電阻式溫度檢測(cè)(RTD)等。

當(dāng) BUF =0 時(shí)，器件在無緩沖模式下工作。這將導(dǎo)致較高的模擬輸入電流。請(qǐng)注意，該無緩沖輸入路徑可為驅(qū)動(dòng)源提供動(dòng)態(tài)的負(fù)載。因此，輸入引腳上的電阻與電容組合可能會(huì)引起增益誤差，具體取決于驅(qū)動(dòng) ADC 輸入的信號(hào)源的輸出阻抗。下表顯示了為防止在 20 位分辨率條件下產(chǎn)生增益誤差，無緩沖模式下外部電阻和電容的容許值。

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MS5194T/MS5195T 在當(dāng)增益值為1 或 2 時(shí)，運(yùn)行在無緩沖模式下。當(dāng)增益值更高時(shí)，緩沖器自動(dòng)使能。緩沖模式下，絕對(duì)輸入電壓范圍限于 GND + 100 mV 至 AVDD - 100 mV 之間。當(dāng)增益值達(dá)到 4或更高時(shí)，使能儀表放大器。當(dāng)儀表放大器可用時(shí)，絕對(duì)輸入電壓范圍限于 GND + 300 mV 至 AVDD -1.1V 之間。在設(shè)定共模電壓時(shí)，用戶必須注意上述限制，以便保證電壓不超過上述限值，從而避免降低器件的線性性能和噪聲性能。

無緩沖模式下， 絕對(duì)輸入電壓的范圍在 GND - 30 mV 至 AVDD + 30 mV之間。

儀表放大器

MS5194T/MS5195T 增益為 4 或更高時(shí)，緩沖器輸出信號(hào)將施加于片內(nèi)儀表放大器的輸入端。低噪聲儀表放大器的存在意味著小幅度信號(hào)可以在 MS5194T/MS5195T 內(nèi)被放大，同時(shí)仍然保持出色的噪聲性能。利用配置寄存器中的位 G2 至 G0，可以將 MS5194T/MS5195T 的增益設(shè)置為 1、2、4、8、16 、32、64 或 128。因此，當(dāng)采用 2.5V 基準(zhǔn)時(shí)，單極性電壓范圍為 0mV 至 19.53mV 到 0V 至 2.5V, 而雙極性電壓范圍為±19.53mV 至±2.5V。當(dāng)儀表放大器可用時(shí)（增益≥4), 共模電壓值((AIN (+) + AIN(- ))/2)不得低于 0.5V。

如果 MS5194T/MS5195T 采用電壓值與 AVDD 相等的外部基準(zhǔn)電壓源，則在儀表放大器有效的情況下，為保證能夠正常工作，模擬輸入信號(hào)的電壓不得高于 VREF/gain 的 90%。

雙極性/單極性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

MS5194T/MS5195T 的模擬輸入端可接受單極性或雙極性輸入電壓范圍。雙極性輸入范圍不代表器件可以耐受相對(duì)于系統(tǒng) GND 的負(fù)電壓。AIN(+) 輸入端的雙極性信號(hào)和單極性信號(hào)均以 AIN(-)輸入端的電壓為基準(zhǔn)。

偏置電壓發(fā)生器

MS5194T/MS5195T 內(nèi)置一個(gè)偏置電壓發(fā)生器。它將所選輸入通道的負(fù)端電壓偏置到 0.5*AVDD，在熱電偶應(yīng)用中非常有用，因?yàn)楫?dāng)增益值高于 2 時(shí)，必須將熱電偶產(chǎn)生的電壓偏置數(shù)伏的直流電壓。

偏置電壓發(fā)生器由配置寄存器中的 VBIAS1、VBIAS0 和 BOOST 位共同控制。偏置電壓發(fā)生器的上電時(shí)間取決于負(fù)載電容的大小。為了適應(yīng)較高的負(fù)載電容，MS5194T/MS5195T 配有 BOOST 位。當(dāng)此位置 1 時(shí)，偏執(zhí)電壓的功耗提高，可大幅縮短上電時(shí)間，此時(shí)器件功耗增大 250uA，當(dāng)此位置 0 時(shí)，功耗僅增加 40uA。

參考電壓

MS5194T/MS5195T 既可利用內(nèi)置的 1.2V 基準(zhǔn)電壓為 ADC 提供參考電壓，也可采用外部基準(zhǔn)源。

內(nèi)置基準(zhǔn)參考電壓具有低溫漂、低噪聲特點(diǎn)，溫漂典型值為 5ppm/℃。通過配置寄存器中的 REFSEL 位可選擇內(nèi)部基準(zhǔn)和外部基準(zhǔn)。

外部基準(zhǔn)差分輸入的共模電壓范圍為 GND 至 AVDD �；鶞�(zhǔn)電壓輸入是無緩沖式的；因此，過大的R-C 源阻抗會(huì)導(dǎo)致增益誤差。標(biāo)稱基準(zhǔn)電壓 REFIN(REFIN(+)- REFIN(- )) 為 2.5 V，但 MS5194T/MS5195T可以采用的基準(zhǔn)電壓的范圍為 0.1V 至 AVDD 。如果應(yīng)用中模擬輸入端的傳感器的激勵(lì)電壓或激勵(lì)電流也為器件提供基準(zhǔn)電壓，則可以消除激勵(lì)源中低頻噪聲的影響，其原因是應(yīng)用是比率式的。如果在非比率式應(yīng)用中采用 MS5194T/MS5195T，應(yīng)使用低噪聲基準(zhǔn)電壓源。

另外，基準(zhǔn)電壓輸入能夠提供高阻抗、動(dòng)態(tài)負(fù)載。由于各基準(zhǔn)電壓輸入的輸入阻抗是動(dòng)態(tài)的，因此這些輸入端上的電阻與電容組合可能會(huì)導(dǎo)致直流增益誤差，具體取決于驅(qū)動(dòng)基準(zhǔn)電壓輸入的信號(hào)源的輸出阻抗。

復(fù)位

對(duì) MS5194T/MS5195T 連續(xù)寫入 32 個(gè) 1，可以將器件的電路和串行接口復(fù)位。這樣做可以將所有片內(nèi)寄存器復(fù)位為默認(rèn)值，同時(shí)復(fù)位邏輯、數(shù)字濾波器和模擬調(diào)制器。上電時(shí)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行復(fù)位操作。

啟動(dòng)復(fù)位操作后，用戶必須等待 500μ才能訪問片內(nèi)寄存器。如果 SCLK 線路上的噪聲導(dǎo)致串行接口變?yōu)楫惒綘顟B(tài)，則需要執(zhí)行復(fù)位以恢復(fù)同步功能。

參考電壓檢測(cè)

MS5198T/5199T 集成了一個(gè)片上有效基準(zhǔn)檢測(cè)電路，此功能可以通過把寄存器 REF_DET 位置 1 打開。當(dāng) REFIN+和 REFIN-之間的電壓小于 0.3V 或處于開路狀態(tài)時(shí)，MS5198T/5199T 識(shí)別為無效基準(zhǔn)，內(nèi)部電路寄存器 NOREF 位置 1，在這種情況下，轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)全 1。因此，在轉(zhuǎn)換過程中不需要連續(xù)監(jiān)測(cè)NOREF 的狀態(tài)。當(dāng) NOREF 位置 1，且 MS5198T/5199T 正在執(zhí)行滿幅校準(zhǔn)時(shí)，更新的校準(zhǔn)寄存器的值是錯(cuò)誤的，此時(shí) ERR 位置 1。

AVDD 檢測(cè)

MS5194T/MS5195T 除能夠轉(zhuǎn)換外部電壓以外，還可以監(jiān)控 AVDD 引腳上的電壓。當(dāng) CH2 至 CH0 位均為 1 時(shí)，AVDD 引腳上的電壓在內(nèi)部衰減 6 倍，所獲得的電壓施加于調(diào)制器之上，器件采用 1.20V 內(nèi)部基準(zhǔn)電壓驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。此特性的用處在于可以監(jiān)控電源電壓的波動(dòng)。

片上寄存器

ADC 由許多片內(nèi)寄存器進(jìn)行控制和配置，下面的章節(jié)將對(duì)這些寄存器進(jìn)行詳細(xì)的說明。在下面的描述中，如無特殊說明，“置 1”表示邏輯 1 狀態(tài)，“清 0”表示邏輯 0 狀態(tài)。

通信寄存器

RS2, RS1, RS0 = 0,0,0

通信寄存器時(shí)一個(gè) 8 位只寫寄存器。與 ADC 器件之間的所有通信均必須以對(duì)通信寄存器的寫操作開始。寫入通信寄存器的數(shù)據(jù)決定了下一個(gè)操作是讀操作還是寫操作，以及此操作的操作對(duì)象是哪一個(gè)寄存器。對(duì)于讀/寫操作，當(dāng)對(duì)選定寄存器的讀/寫操作完成后，接口返回到對(duì)通信寄存器執(zhí)行寫操作的狀態(tài)。這是接口的默認(rèn)狀態(tài)，在上電或復(fù)位后，ADC 將處于此默認(rèn)狀態(tài)，等待對(duì)通信寄存器的寫操作。當(dāng)接口時(shí)序丟失之后，執(zhí)行一個(gè)占用至少 32 個(gè)串行時(shí)鐘周期的寫操作，并使 DIN 處于高電平狀態(tài)，將可以復(fù)位整個(gè)器件，從而讓 ADC 返回此默認(rèn)狀態(tài)。表 11 列出了通信寄存器位功能描述。CR0~CR7 表示位的位置，CR 說明這些位屬于通信寄存器。CR7 表示數(shù)據(jù)流的第一位，括號(hào)中的數(shù)值表示該位的上電/復(fù)位默認(rèn)狀態(tài)。

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狀態(tài)寄存器

RS2, RS1, RS0 = 0,0,0 ;

上電/復(fù)位= 0x80 (MS5195T) / 0x88 (MS5194T)

狀態(tài)寄存器時(shí)一個(gè) 8 位只讀寄存器。要訪問 ADC 狀態(tài)寄存器，用戶必須對(duì)通信寄存器進(jìn)行寫操作，選擇下一個(gè)操作位讀操作，并將 0 載入位 RS2、位 RS1 和位 RS0，表 13 列出了狀態(tài)寄存器位功能描述。SR0~SR7 表示位的位置，SR 說明這些位屬于狀態(tài)寄存器。SR7 表示數(shù)據(jù)流的第一位。括號(hào)中的數(shù)值表示該位的上電/復(fù)位默認(rèn)狀態(tài)。

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接地和布局

由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬輸入和基準(zhǔn)輸入是差分的，所以模數(shù)調(diào)制器中的大部分電壓都是共模電壓。優(yōu)良的共模抑制元件消除了這些輸入端的共模噪聲。 數(shù)字濾波器提供了對(duì)電源的噪聲抑制，除了在整數(shù)倍的調(diào)制器采樣頻率。數(shù)字濾波器還從模擬和基準(zhǔn)輸入中去除噪聲，在這些噪聲源沒有使得模擬調(diào)制器飽和之前。因此，MS5194T/MS5195T 比傳統(tǒng)的高分辨率轉(zhuǎn)換器更能抵抗噪聲干擾。然而，由于 MS5194T/MS5195T 的分辨率如此之高，而來自 MS5194T/MS5195T 的噪聲水平如此之低，此必須注意接地和布局。

容納 MS5194T/MS5195T 的印刷電路板的設(shè)計(jì)應(yīng)使模擬和數(shù)字部分分開，并限制在電路板的某些區(qū)域。最小的蝕刻技術(shù)通常是最好的地面，因?yàn)樗�提供了最好的屏蔽�?/font>

建議將 GND 引腳固定在系統(tǒng)的 AGND 平面上。在任何布局中，重要的是用戶要記住系統(tǒng)中的電流流動(dòng)，確保所有電流的返回路徑盡可能接近電流到達(dá)目的地的路徑。避免強(qiáng)迫數(shù)字電流流過布局的AGND 部分。

接地面應(yīng)該允許在 MS5194T/5195T 下運(yùn)行，以防止噪聲耦合。MS5194T/MS5195T 的供電線路應(yīng)該使用盡可能寬的跟蹤，以提供低阻抗路徑，并減少故障對(duì)供電線路的影響�？焖匍_關(guān)線號(hào)如時(shí)鐘信號(hào)，應(yīng)與數(shù)字地面屏蔽，以避免將噪聲輻射到板的其他部分，時(shí)鐘信號(hào)不應(yīng)該在模擬輸入附近走線。

避免數(shù)字和模擬信號(hào)交叉。在電路板的相對(duì)兩邊的痕跡應(yīng)該以直角彼此運(yùn)行，這就減少了通過電路板饋通的影響。微帶技術(shù)效果最好，但在雙面板上使用這種方法并不總是可能的。在該技術(shù)中，電路板的組件端專用于接地板，信號(hào)被放置在焊接端。

當(dāng)使用高精度 ADC 時(shí)，良好的去耦是很重要。AVDD 應(yīng)該和 10uf 鉭電容并聯(lián) 0.IuF 電容到 GND 去耦。DVDD 應(yīng)和 10uf 鉭電容并聯(lián) 0.1uF 電容到系統(tǒng)的 DGND 去耦，和系統(tǒng)的 AGND 到 DGND 連接應(yīng)接近 MS5194T/MS5195T。為了從這些去耦組件中獲得最佳效果，它們應(yīng)該盡可能靠近器件，理想情況下正好對(duì)著器件。所有邏輯芯片都應(yīng)與 0.1uF 陶瓷電容器去耦到 DGND。

下圖是 MS5194T/MS5195T 用作熱電偶測(cè)量應(yīng)用的示意圖。