MS7706描述
MS7705/MS7706 是一款用于低頻測(cè)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它采用了Σ-Δ轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了輸出結(jié)果為 16 位的無失碼。工作電壓范圍為 2.7V-3.3V 或 4.75V-5.25V。
MS7705/MS7706 非常適合用于智能,微控制器,或基于 DSP的系統(tǒng)。它可通過串行接口來設(shè)置增益,信號(hào)極性,及輸出速率?梢赃M(jìn)行自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)來消除系統(tǒng)的增益和偏移誤差,在待機(jī)模式下的功耗典型值為 20μW。
主要特點(diǎn)
MS7705:2 個(gè)全差分輸入通道
MS7706:3 個(gè)偽差分輸入通道
輸出 16 位無失碼
0.003%非線性
可編程的增益前端:增益從 1 到 128
3 線串口: SPI、QSPI、PMICROWIRE、DSP兼容
2.7 V 到 3.3 V 或 4.75 V 到 5.25 V 的工作電壓
在 3V 的電源電壓下最大功耗為 1mW
待機(jī)電流最大為 8μA
應(yīng)用
壓力測(cè)量
溫度測(cè)量
電池監(jiān)控
智能發(fā)送器
替代(腳位定義相同,軟件硬件無需改動(dòng))
MS7706 P=P AD7706
MS7705 P=P AD7705
封裝圖
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管腳圖
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內(nèi)部框圖
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電氣參數(shù)
若無特別說明,則 VDD=3V,5V 或 2.5V,REF(+)=1.225V,REF(-)=GND,MCLK IN=2.4576MHz。
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: s0 ?( p1 S% O* e1 z1.溫度范圍-40°C+85°C。
2.這些數(shù)據(jù)是在最初設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)確定的。
3.校準(zhǔn)是一次轉(zhuǎn)換,誤差表 2 和 4 所示轉(zhuǎn)換就是這些噪聲誤差。適用于在期望的溫度下校準(zhǔn)后。
4.在任何溫度下進(jìn)行重新校準(zhǔn)后將會(huì)消除這些漂移誤差。
5.正滿伏誤差包括零伏誤差(單極偏移誤差或雙極零點(diǎn)誤差),它既適用于單極輸入范圍又適用于雙極輸入范圍。
6.滿伏漂移包括了零伏漂移(單極偏移漂移和雙極零點(diǎn)漂移),它既適用于單極輸入范圍又適用于雙極輸入范圍。
7.增益誤差不包括零伏誤差。它的計(jì)算方法為:?jiǎn)螛O范圍時(shí)(滿伏誤差-單極偏移誤差);雙極范圍時(shí)(滿伏誤差-雙極零點(diǎn)誤差)。
8.增益漂移不包括單極偏移漂移和雙極零點(diǎn)漂移。當(dāng)零伏校準(zhǔn)執(zhí)行后,增益漂移是系統(tǒng)的漂量。
9.共模電壓范圍:模擬輸入電壓(GND-100mV)到(VDD+30mV)。
10.MS7705/MS7706 的模擬輸入電壓可以最低可到 GND-200mV,但漏電流會(huì)增大。
11.這里給出的 AIN(+)端的電壓輸入范圍,對(duì)于 MS7705 來說,是指相對(duì)于 AIN(-)端的電壓;對(duì)于MS7706 來說,是指 COMMON 端。
12.VREF = REF IN(+) - REF IN(-)。
13.僅當(dāng)加載一個(gè) CMOS 負(fù)載時(shí),這些邏輯輸出電平才適用于 MCLK OUT。
14.在+25℃時(shí)測(cè)試樣品,以保證一致性。
15.校準(zhǔn)后,若模擬輸入超過正滿幅,轉(zhuǎn)換器將輸出全 1;若低于負(fù)滿幅,轉(zhuǎn)換器見輸出全0。
16.在模擬輸入端所加的校準(zhǔn)電壓的極限不應(yīng)超過 VDD+30mV,或小于 GND-100mV。偏移校準(zhǔn)的極限適用于單極零件和雙極零點(diǎn)。
17.當(dāng)使用晶體振蕩器或陶瓷振蕩器作為 MCLK 的時(shí)鐘源時(shí),VDD 的電流和功耗取決于晶體振蕩器與陶瓷振蕩器的類型(見“時(shí)鐘和振蕩器電路”部分)。
18.在待機(jī)模式下,如果外部的主時(shí)鐘持續(xù)工作,待機(jī)電流典型值會(huì)增加到 150μ(VDD=5V),或75μA(VDD=3V)。當(dāng)使用晶體振蕩器或陶瓷振蕩器作為時(shí)鐘源時(shí),內(nèi)部振蕩器在待機(jī)模式下會(huì)一直工作,電源電流會(huì)隨著晶體振蕩器和陶瓷振蕩器的類型而變化(見“待機(jī)模式”部分)。
19.在直流下進(jìn)行測(cè)量,只適用于所選定的通帶頻率。50Hz 時(shí),PSRR 超過 120dB(濾波器陷波為 25Hz或 50Hz)。60Hz 時(shí),PSRR 超過 120dB(濾波器陷波為 20Hz 或 60Hz)。
20.PSRR 由增益與電源決定,如下:
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& u0 y. B( C% p2 C8 G. M; n功能描述
片內(nèi)寄存器
MS7705/7706 片內(nèi)包括 8 個(gè)寄存器,這些寄存器通過器件的串行口訪問。第 1 個(gè)是通信寄存器,它管理通道選擇,決定下一個(gè)操作是讀操作還是寫操作,以及下一次讀或?qū)懩囊粋(gè)寄存器。所有與器件的通信必須從寫入通信寄存器開始。上電或復(fù)位后,器件等待在通信寄存器上進(jìn)行一次寫操作。這一寫到通信寄存器的數(shù)據(jù)決定下一次操作是讀還是寫,同時(shí)決定這次讀操作或?qū)懖僮髟谀膫(gè)寄存器上發(fā)生。所以,寫任何其它寄存器首先要寫通信寄存器,然后才能寫選定的寄存器。所有的寄存器(包括通信寄存器本身和輸出數(shù)據(jù)寄存器)進(jìn)行讀操作之前,必須先寫通信寄存器,然后才能讀選定的寄存器。此外,通信寄存器還控制等待模式和通道選擇,此外 DRDY 狀態(tài)也可以從通信寄存器上讀出。
第 2 個(gè)寄存器是設(shè)置寄存器,決定校準(zhǔn)模式、增益設(shè)置、單/雙極性輸入以及緩沖模式。第 3 個(gè)寄存器是時(shí)鐘寄存器,包括濾波器選擇位和時(shí)鐘控制位。
第 4 個(gè)寄存器是數(shù)據(jù)寄存器,器件輸出的數(shù)據(jù)從這個(gè)寄存器讀出。最后一個(gè)寄存器是校準(zhǔn)寄存器,它存儲(chǔ)通道校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。下面分別作詳細(xì)說明。
通信寄存器
(RS2,RS1,RS0=0,0,0)
通信寄存器是一個(gè) 8 位寄存器,既可以讀出數(shù)據(jù)也可以把數(shù)據(jù)寫進(jìn)去。寫上去的數(shù)據(jù)決定下一次讀操作或?qū)懖僮髟谀膫(gè)寄存器上發(fā)生。一旦在選定的寄存器上完成了下一次讀操作或?qū)懖僮鳎涌诜祷氐酵ㄐ偶拇嫫鹘邮找淮螌懖僮鞯臓顟B(tài)。這是接口的默認(rèn)狀態(tài),在上電或復(fù)位后,MS7705/7706 就處于這種默認(rèn)狀態(tài)等待對(duì)通信寄存器一次寫操作。在接口序列丟失的情況下,如果在 DIN 高電平的寫操作持續(xù)了足夠長(zhǎng)的時(shí)間(至少 32 個(gè)串行時(shí)鐘周期),MS7705/7706 將會(huì)回到默認(rèn)狀態(tài)。
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設(shè)置寄存器
(RS2,RS1,RS0=0,0,1), 上電/復(fù)位狀態(tài): 01Hex
設(shè)置寄存器是一個(gè) 8 位寄存器,它既可以讀數(shù)據(jù)又可將數(shù)據(jù)寫入。
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' W( ?2 W, c7 C( {7 {時(shí)鐘寄存器
(RS2,RS1,RS0 = 0,1,0),上電/復(fù)位狀態(tài):05Hex時(shí)鐘寄存器是一個(gè)可以讀/寫數(shù)據(jù)的 8 位寄存器。
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5 U! l! o4 F- ?" ]" R5 M) c數(shù)據(jù)寄存器
(RS2,RS1,RS0 = 0,1,1)
數(shù)據(jù)寄存器是一個(gè) 16 位只讀寄存器,它包含了來自 MS7705/7706 最新的轉(zhuǎn)換結(jié)果。如果通信寄存器將器件設(shè)置成對(duì)該寄存器寫操作,則必定會(huì)實(shí)際上發(fā)生一次寫操作以使器件返回到準(zhǔn)備對(duì)通信寄存器的寫操作,但是向器件寫入的 16 位數(shù)字將被 MS7705/7706 忽略。
測(cè)試寄存器
(RS2,RS1,RS0 = 1,0,0);上電/復(fù)位狀態(tài):00Hex
測(cè)試寄存器用于測(cè)試器件時(shí)。建議用戶不要改變測(cè)試寄存器的任何位的默認(rèn)值(上電或復(fù)位時(shí)自動(dòng)置入全 0),否則當(dāng)器件處于測(cè)試模式時(shí),不能正確運(yùn)行。
零標(biāo)度校準(zhǔn)寄存器
(RS2,RS1,RS0 = 1,1,0);上電/復(fù)位狀態(tài):1F4000Hex
MS7705/7706 包含幾組獨(dú)立的零標(biāo)度寄存器,每個(gè)零標(biāo)度寄存器負(fù)責(zé)一個(gè)輸入通道。它們皆為 24位讀/寫寄存器,24 位數(shù)據(jù)必須被寫之后才能傳送到零標(biāo)度校準(zhǔn)寄存器。零標(biāo)度寄存器和滿標(biāo)度寄存器連在一起使用,組成一個(gè)寄存器對(duì)。每個(gè)寄存器對(duì)對(duì)應(yīng)一對(duì)通道,見表 9。
當(dāng)器件被設(shè)置成允許通過數(shù)字接口訪問這些寄存器時(shí),器件本身不再訪問寄存器系數(shù)以使輸出數(shù)據(jù)具有正確的尺度。結(jié)果,在訪問校準(zhǔn)寄存器(無論是讀/寫操作)后,從器件讀得的第一個(gè)輸出數(shù)據(jù)可能包含不正確的數(shù)據(jù)。此外,數(shù)據(jù)校準(zhǔn)期間,校準(zhǔn)寄存器不能進(jìn)行寫操作。這類事件可以通過以下方法避免:在校準(zhǔn)寄存器開始工作前,將模式寄存器的 FSYNC 位置為高電平,任務(wù)結(jié)束后,又將其置為低電平。
滿標(biāo)度校準(zhǔn)寄存器
(RS2,RS1,RS0 = 1,1,1);上電/復(fù)位狀態(tài):5761ABHex
MS7705/7706 包含幾個(gè)獨(dú)立的滿標(biāo)度寄存器,每個(gè)滿標(biāo)度寄存器負(fù)責(zé)一個(gè)輸入通道。它們皆為 24位讀/寫寄存器,24 位數(shù)據(jù)必須被寫之后才能傳送到滿標(biāo)度校準(zhǔn)寄存器。滿標(biāo)度寄存器和零標(biāo)度寄存器連在一起使用,組成一個(gè)寄存器對(duì)。每個(gè)寄存器對(duì)對(duì)應(yīng)一對(duì)通道,見表 9。
當(dāng)器件被設(shè)置成允許通過數(shù)字接口訪問這些寄存器時(shí),器件本身不再訪問寄存器系數(shù)以使輸出數(shù)據(jù)具有正確的尺度。結(jié)果,在訪問校準(zhǔn)寄存器(無論是讀/寫操作)后,從器件讀得的第一個(gè)輸出數(shù)據(jù)可能包含不正確的數(shù)據(jù)。此外,數(shù)據(jù)校準(zhǔn)期間,校準(zhǔn)寄存器不能進(jìn)行寫操作。這類事件可以通過以下方法避免:在校準(zhǔn)寄存器開始工作前,將模式寄存器的 FSYNC 位置為高電平,任務(wù)結(jié)束后,又將其置為低電平。
電路說明
MS7705/7706 是一種片內(nèi)帶數(shù)字濾波的Σ-Δ模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,旨在為寬動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量、工業(yè)控制或工藝控制中的低頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換而設(shè)計(jì)的。它包括一個(gè)Σ-Δ(或電荷平衡)MSC、片內(nèi)帶靜態(tài) RAM 的校準(zhǔn)微控制器、時(shí)鐘振蕩器、數(shù)字濾波器和一個(gè)雙向串行通信端口。該器件的電源電流僅為 320μA,使得它理想地用于電池供電的儀器中。器件具有兩種可選電源電壓范圍分別是 2.73.3V 或 4.755.25V。
MS7705/7706 包括 2 個(gè)可編程增益全差分模擬輸入通道,MS7706 包括 3 個(gè)偽差分模擬輸入通道。輸入通道的可選增益為 1、2、4、8、16、32、64 和 128,當(dāng)基準(zhǔn)輸入電壓為 2.5V 時(shí)允許器件接受 0mV+20mV 和 0V+2.5V 之間的單極性信號(hào)或±20mV 至±2.5V 范圍內(nèi)的雙極性信號(hào)。基準(zhǔn)電壓為1.225V 時(shí),在單極性模式下,輸入范圍是 0mV+10mV 至 0V±1.225V,雙極性模式下,輸入范圍是±10mV±1.225V。說明:雙極性輸入范圍是相對(duì)于 AIN(-)的,對(duì) MS7706 而言是相對(duì)于 COMMON 的而不是對(duì) GND 的。
輸入到模擬輸入端的信號(hào)被持續(xù)采樣,采樣頻率由主時(shí)鐘 MCLK IN 的頻率和選定的增益決定。電荷平衡模/數(shù)轉(zhuǎn)換(Σ-Δ調(diào)制器)將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)化為占空比包含數(shù)字信息的數(shù)字脈沖鏈。模擬輸入端的可編程增益功能配合Σ-Δ調(diào)制器,修正輸入的采樣頻率,以獲得更高的增益。Sinc3 低通數(shù)字濾波器處理Σ-Δ調(diào)制器的輸出并以一定的速率更新輸出寄存器,這速率由濾波器第一個(gè)陷波的頻率決定。輸出數(shù)據(jù)可以從串行端口上隨機(jī)地或周期性地讀出,讀出速率可為不超過輸出寄存器更新速率的任意值。數(shù)字濾波器的第一個(gè)陷波頻率(以及-3dB 頻率)可以通過設(shè)置寄存器的 FS0 和 FS1 編程。當(dāng)主時(shí)鐘的頻率為 2.4576MHz 時(shí),第一陷波頻率的可編程范圍為 50Hz500Hz,-3dB 頻率的范圍為 13.1Hz131Hz。
主 時(shí) 鐘 頻 率 為 1MHz 時(shí) , 第 一 陷 波 頻 率 的 可 編 程 范 圍 為 20Hz  200Hz , -3dB 頻 率 的 范 圍 為5.24Hz52.4Hz。
圖 2 是 MS7705 的基本連接電路圖,如圖所示,模擬電壓為+5V;精密的+2.5V 基準(zhǔn)電壓 MS780 為器件提供基準(zhǔn)源。在數(shù)字信號(hào)這邊,器件被配置成三線工作,CS 接地。石英晶體或陶瓷諧振器提供主時(shí)鐘源。在絕大多數(shù)情況下,需要在晶體或諧振器上連接一個(gè)電容器以保證在基本工作頻率的泛音時(shí),不產(chǎn)生振蕩。電容器的電容值隨制造商的要求而變化。此配置同樣適用于 MS7706。
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MS7705/7706 的配置
MS7705/7706 用戶可通過串行接口訪問的片內(nèi)寄存器。與任何寄存器通信都要首先向通信寄存器寫入。圖 9 畫出了對(duì) MS7705/7706 上電或復(fù)位之后,配置所有寄存器過程的流程圖。流程圖也顯示了兩種不同的讀選項(xiàng),第一個(gè)是查詢 DRDY 引腳以確定數(shù)據(jù)寄存器更新是何時(shí)進(jìn)行的,第二個(gè)是查詢通信寄存器中的 DRDY 位以確認(rèn)數(shù)據(jù)寄存器是否進(jìn)行過更新。流程圖中還包括設(shè)置不同的工作條件所必須寫進(jìn)寄存器的一系列字。這些工作條件是指增益為 1,沒有濾波同步、雙極性模式、無緩沖、4.9512MHz 的時(shí)鐘和 50Hz 的輸出速率。
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典型應(yīng)用圖
壓力測(cè)量
MS7705/7706 的一個(gè)典型應(yīng)用就是壓力測(cè)量。圖 10 所示是 MS7705/7706 與一個(gè)壓力傳感器一起使用的情況。壓力傳感器被安裝在一個(gè)橋式電路中,在它的 OUT(+)和 OUT(-)端輸出差分輸出電壓。當(dāng)在傳感器上加上滿標(biāo)度壓力(300mmHg)時(shí),差分輸出電壓(即 IN(+)和 IN(-)兩端之間的電壓)是輸入電壓的 3mV/V。假定激勵(lì)電壓是 5V,則傳感器的滿標(biāo)度輸出電壓是 15mV。橋式電路的激勵(lì)電壓還用來為 MS7705/7706 產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓。因此,激勵(lì)電壓的變化不會(huì)造成系統(tǒng)內(nèi)的誤差。圖 10 中,當(dāng)兩個(gè)電阻值分別為 24kΩ和 15kΩ時(shí),激勵(lì)電壓為 5V 時(shí),MS7705/7706 產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓為 1.92V。器件具有128 的可編程增益時(shí),MS7705/7706 的滿標(biāo)度輸入幅度應(yīng)是 15mV。此值與傳感器的輸出范圍有關(guān)。
MS7705/7706 的第二個(gè)通道可作為一個(gè)輔助通道以測(cè)量另一個(gè)變化,如溫度,如圖 10 所示。這個(gè)次級(jí)通道可以用來調(diào)整初次通道的輸出信號(hào),以便消除溫度對(duì)系統(tǒng)的影響。
( H7 N/ T( ]# Q- J/ p
: k: k* y' _$ D溫度測(cè)量
MS7705 的另外一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是溫度測(cè)量。圖 11 是一個(gè)熱耦與 MS7705 的連接圖。在這一應(yīng)用中,MS7705 在緩沖模式下工作,以便允許前端的大去耦電容器消除可能在熱耦引腳上的任何噪聲檢拾。當(dāng) MS7705 在緩沖模式下工作時(shí),其共模輸入范圍縮小。為了將來自熱耦的差分電壓置于一個(gè)合適的共模電壓上,MS7705 的 AIN1(-)輸入端要向上偏置達(dá)到基準(zhǔn)電壓(+2.5V)。
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圖 12 所示是 MS7705 的另一個(gè)溫度測(cè)量應(yīng)用。在這一應(yīng)用中,傳感器是一個(gè) RTD(熱敏電阻),PT100。它是一個(gè)四引腳的 RTD。在引線電阻 RL1 和 RL4 上有電壓降,但這只使共模電壓發(fā)生了偏移。
當(dāng) MS7705 的輸入電流很低時(shí),引線電阻 RL2 和 RL3 上無電壓降。引線電阻呈現(xiàn)了一個(gè)小的源阻抗,所以一般不必將 MS7705 中的緩沖器打開。如果要求使用緩沖器,必須通過在 RTD 的底端和 MS7705的 GND 之間插入一個(gè)小電阻來設(shè)置相應(yīng)的共模電壓。在此應(yīng)用中,外部 400μA 電流源為 PT100 提供激勵(lì)電源,同時(shí)通過 6.25kΩ的電阻器。為 MS7705 產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓。激勵(lì)電流的變化不影響電路工作,這是因?yàn)檩斎腚妷汉突鶞?zhǔn)電壓都隨激勵(lì)電流變化。然而,6.25kΩ的電阻器必須有很小的溫度系數(shù)以避免溫度范圍內(nèi)基準(zhǔn)電壓的誤差。
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8 y) j8 g7 Z# Q6 n電池監(jiān)控
另一個(gè)要求應(yīng)用低功率,單電源工作的領(lǐng)域就是在便攜式裝置中的電池監(jiān)控。圖 13 是一個(gè)電池監(jiān)控器的方框圖,包括 MS7705 和用來差分測(cè)量每一節(jié)電池的兩端電壓的外部多路器(Multiplexer)。
MS7705 的第二個(gè)通道用來監(jiān)控電池的漏電流。帶有雙輸入通道的 MS7705 很適合用于需要兩個(gè)輸入通道的測(cè)量系統(tǒng),就象在本例中,用來監(jiān)控電壓和電流。因 MS7705 能夠適應(yīng)很弱的輸入信號(hào),所以RSENSE 能用很小的阻值,這樣就能夠降低不必要的電源損耗。這個(gè)系統(tǒng)工作在增益為 128 的情況下,滿標(biāo)度為±9.57mV 的信號(hào)能以 2μV 的分辨率進(jìn)行測(cè)量,并給出 13.5 位的穩(wěn)定性能。為了在非緩沖模式下獲得額定的特性,假定模擬輸入電壓的絕對(duì)值 在 GND-30mV 和 VDD+30mV 之間,輸入共模范圍為GND 到 VDD。25℃時(shí),在性能不降低的情況下,MS7705 能夠承受 GND-200mV 的絕對(duì)電壓,但漏電流在溫度升高時(shí)將增大很多。
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