DN274: 带时序控制器的12位ADC可简化多输入应用
LTC1851是一款新型12位、1.25Msps模数转换器(ADC)，内置8通道输入多路复用器、可编程增益采样保持电路及内部基准电压源。本篇设计笔记将介绍LTC1851的一项创新特性：一款可自动控制输入多路复用器与采样保持电路的可编程时序控制器。
新型ADC自动对不同量程、不同速率的多输入信号进行转换
不妨设想一个应用场景，其中包含以下输入信号：输入A的范围为0V至4.096V，需以400ksps的速率采样；输入B的范围为0V至2.048V，需以400ksps的速率采样；输入C的范围为以2.5V为中心的±2.048V，需以200ksps的速率采样；输入D的范围为±1.024V，需以100ksps的速率采样，且为真正的差分输入，共模电压为2V；输入E的范围为1V至3.048V，需以100ksps的速率采样。这些输入包含单端与差分信号、单极性与双极性信号，涵盖两种不同量程及多种不同的采样速率需求。
解决方案便是LTC1851的时序控制器：它允许用户对一个包含至多16个独立多路复用器地址与配置参数的重复模式进行编程，并可根据需求分配LTC1851的带宽。通过编程，LTC1851能轻松实现对上述5路输入信号的连续自动读取。
表1展示了一个包含12个步骤的时序：每完成3次转换对输入A采样1次，每完成3次转换对输入B采样1次，每完成6次转换对输入C采样1次，每完成12次转换对输入D和输入E各采样1次。由此可计算出各输入的实际采样率：输入A和输入B为1.25Msps • 4/12 = 416.67ksps，输入C为208.33ksps，输入D和输入E为104.167ksps。LTC1851会自 行处理通道选择与输入配置，并在转换过程中自动循环执行这12个步骤。
| 步骤 | 输入 | 正输入引脚 | 负输入引脚 | 输入量程(V) | 存储地址 | 差分 | A2 | A1 | A0 | UNI/BIP | PGA |
| 1 | A | CH0 | COM | 0 至 4.096 | 0000 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 2 | B | CH1 | COM | 0 至 2.048 | 0001 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 3 | C | CH2 | CH3 | ±2.048 | 0010 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 4 | A | CH0 | COM |
0 至 4.096 | 0011 | 0 | 0 |
0 | 0 | 0 |
1 |
| 5 |
B | CH1 | COM | 0 至 2.048 | 0100 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 6 | D | CH4 | CH5 | ±1.024 | 0101 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 7 | A | CH0 | COM | 0 至 4.096 | 0110 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 8 | B | CH1 | COM | 0 至 2.048 | 0111 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 9 | C | CH2 | CH3 | ±2.048 | 1000 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 10 | A | CH0 | COM | 0 至 4.096 | 1001 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 11 | B | CH1 | COM | 0 至 2.048 | 1010 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 12 | E | CH6 | CH7 | 1 至 3.048 | 1011 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
图1. 带输入连接的简化方框图
写入和读取时序控制器
要向时序控制器写入数据，需使RD为高电平，并将M0置为低电平（见图2）。WR 的下降沿会使能配置控制输入引脚（DIFF、A2、A1、A0、UNI/BIP和PGA），上升沿则会锁存当前输入的数据，并跳转到下一个存储地址。后续的WR低电平脉冲可完成至多16个地址的写入操作。在完成最后一个目标地址的写入后，应将M0置回高电平。
图2. 编写时序控制器
为验证已编程时序的完整性，用户可读取时序控制器中存储的内容。读取时，需使WR为高电平，并将M0置为 低电平（见图3）。一个RD低电平脉冲会在7个状态字输出引脚（S6至S0）上输出第一个时序控制器地址的内容； RD的上升沿会将输出引脚恢复为高阻态，并跳转到下一个存储地址。后续的RD低电平脉冲可依次读取全部16 个地址的内容。时序中的最后一个地址会通过S0引脚输出逻辑1来标识。
图3. 读取时序控制器
运行时序控制器
M0引脚需置回高电平，这会将指针复位至0000地址（见图4）。LTC1851将采用该地址中存储的配置参数，开始采集输入信号。CONVST的下降沿会对输入信号进行采样，并启动一次转换。转换完成后，LTC1851将采用0001地址中存储的配置参数，开始采集下一路输入信号；同时，12位数据输出字（D11至D0）及4位多路复用器地址（DIFFOUT、A2OUT、A1OUT、A0OUT）将在数据输出引脚上有效输出。（12位输出字会根据输入信号为单极性或双极性，自动切换输出格式。）当运行至最后一个已编程地址时，时序控制器将从0000地址重新开始循环。只要器件持续供电，存储在时序控制器存储器中的程序就会一直保留。
图4. 运行时序控制器
结语
LTC1851大幅简化了对多路输入信号进行连续转换的工作。通过编程，它可适配多种类型的输入信号，并自动完 成通道选择与输入配置。如需了解更多信息，可参考2001年11月出版的凌力尔特杂志或LTC1851数据手册。
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