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基于A/D变换器CS5396/97实现数据采集系统的应用方案

http://www.ec.hc360.com2021年03月23日11:54 来源:电子技术应用T|T

    在测量、工业控制系统中,A/D变换器的数据采集精度对系统的性能有着至关重要的影响。传统的A/D器件,大都采用逐次逼近方式,而CS5396/97采用了∑-Δ技术,可实现24位的高分辨率。∑-Δ技术的本质是采用负反馈方式逐步减小输入模拟信号与DAC反馈信号的差值,∑-ΔA/D器件比传统的逐次逼近方式的A/D器件性能好。CS5396/97构成的数据采集系统具有高分辨率、宽动态范围、高信噪比等特点,特别适合于高精度数据采集的场合。

    1CS5396/97的主要性能CS5396/97是一个完整的数字视频模/数转换系统,它能完成采样、模/数转换、数字滤波等,对左/右两个模拟信号输入通道进行约100kHz的采样,并以24位串行数据(校正和滤波后,动态范围为120dB)输出转换结果。CS5396/97具有一个七阶三态∑-Δ调制器(可选择64位或128倍的过采样率),A/D变换器的输入采用差动结构以便消除共模噪声干扰。CS5396/97主要性能特点是:

    (1)高精度24位输出;

    (2)120dB动态范围;

    (3)低噪声、噪声分离度》105dBTHD+N;

    (4)CMOS工艺器件;

    (5)可变频率的采样时钟;

    (6)差动的模拟信号输入;

    (7)具有线性相位数字滤波器;

    (8)具有10节点的可编程序噪声抑制滤波器;

    (9)单一+5VDC供电。

    CS5396/97可工作于两种工作方式:独立工作方式和受控工作方式。至于选择哪一种工作方式,取决于系统加电时CS5396的“SDATA1”引脚的状态(1:对应于“受控方式”;0:对应于“独立工作方式”)。在独立工作方式下,CS5396的时钟主/从方式选择、省电模式控制、标定过程控制等均由CS5396的外部引脚状态确定。在受控工作方式,CS5396的时钟主/从方式选择、省电模式控制、SDATA1/SDATA2数据输出选择、同步方式、过采样率(64倍或128倍)、高通滤波器的使能/禁止、A/D输出数据的位数(24位、16位、18位或20位)及数据对齐方式(左对齐格式/I2S数据格式)等均由A/D内部的控制寄存器中的控制字确定。受控工作方式可实现DSP(或其它微控制器)对A/D变换器的全面控制;而独立工作方式仅能部分地选择A/D变换器的工作参量。所以在一般情况下,应选择受控工作方式。本文将对受控工作方式进行比较详细的讨论。CS5396器件的引脚及意义描述如图1所示。

    

    

    2基于CS5396/97的DSP高精度数据采集系统

    图2是由DSP(TMS320C32)、程序/数据存储器、24位FIFO存储器、现场可编程序器件FPGA(完成A/D变换的串行数据并行数据的转换及各存储器的地址译码/读写控制等逻辑控制功能)和CS5396/97等构成的高精度数据采集数据。

    2.1A/D数据缓冲器FIFO及FPGA电路

    A/D数据缓冲器FIFO的长度为4K,位数为24位,对应于TMS320C32的数据总线的低25位,即D[24:0]。其中低24位(D[23:0])为A/D数据,1位(D[24])为通道号。A/D输入有2个通道,数据安排为:先左(第一通道)后右(第2通道),数据编码为二进制补码。

    因为CS5396的24位A/D转换结果是以串行数据(以时钟SCLK为基准)输出的,为了存储A/D转换结果,必须将这24位串行数据转换为并行数据,然后再存储到24位FIFORAM中。串-并转换电路是由FPGA器件XC3064[2]来完成的。

    2.2A/D控制口

    系统有两个模拟输入通道,用1片CS5396-KS实现,工作在受控方式。TMS320C32(A/D控制)通过A/D控制口,可设置它们的工作模式(过采样率、主/从模式、数据格式选择、高通滤波禁止等)。

    系统要求:过采样率为64倍;工作在主模式;数据格式为I2S;禁止高通滤波。

    2.2.1控制寄存器

    CS5396/97器件内部含有若干个控制寄存器,DSP可对其进行读/写,用于设置CS5396的工作方式。

    (1)模拟控制寄存器(地址00000001)

    FSTART:置1开始同步工作,自动清零;

    GNDCAL:置1使模拟输入接Vcom,用于自校正;

    AAPD:置1使模拟部分进入省电模式;

    ADPD:置1使数字部分进入省电模式;

    1BIT:测试位,必须保持为0。

    (2)模式寄存器(地址00000010)

    128x/64x:过采样率选择

    0为64位过采样率;1为120倍过采样率。

    CAL:置1,初始化自校正,自动清零。

    SIGN:置1使模拟输入反向。

    LR/LL:输出模式选择

    0为输出先左后右;1为SDATA1输出左通道,

    SDATA2输出右通道。

    HPEN:高通滤波器

    

    

    0为允许高通滤波器;1为禁止高通滤波器。

    S/M:主/从模式选择

    0为主模式;1为从模式。

    DFS:数据格式选择

    0为左对齐格式;1为I2C格式。

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