西安第二炮兵工程学院　　郑应强　　杨金岩

    摘要：AD7714是美国AD公司采用∑－Δ技术生产的24位串行模数转换器，电源和数据接口在AD7710的基础上作了较大改进，可用于低频小信号的测量。本文介绍了AD7714的性能、特点和工作原理，并给出了它与单片机的接口电路和使用中的注意事项。
    关键词：AD7714;Sigma－delta技术;单片机

    ADC在各领域都有广泛的应用，其技术发展经过了积分、逐次逼近、并行比较(闪电式)和∑－Δ技术等阶段，直至新近出现的流水线ADC技术^[1]。采用∑－Δ技术的转换器结构相对简单，也被称为过采样转换器。AD7714是AD公司生产的24位∑－Δ串行模数转换器，主要应用于低频小信号的测量。与AD7710相比，AD7714在电源和数据接口方面作了较大改进，尤其是AD7714简单的三线数据接口，不仅简化了对器件的操作，而且减少了对系统资源的占用。

1.AD7714性能特点^[2]

　　AD7714的主要特点如下：
　　●采用∑－Δ技术，最高可实现24位无误码输出，同时保证INL<0.0015％(数据输出频率小于60Hz)；
　　●具有前端增益可编程放大器，增益值在1～128内可选，内含可编程低通滤波器和可读写系统校准系数；
　　●有5通道输入，可根据需要采用3路差分输入或4路伪差分输入;
　　●低噪声，RMS噪声<150nV;
　　●低功耗，典型电流值为226μA(省电模式仅为4μA);
　　●采用单3V供电(AD7714－3)或单5V供电(AD7714－5)方式。

2.AD7714引脚功能和结构

　　AD7714提供24脚DIP、SOIC、TSSOP及28脚SSOP封装。其引脚功能如表1所列(以24DIP封装为例)。
    AD7714的内部结构如图1所示。

3.AD7714片内寄存器及其功能

3.1 通信寄存器
　　AD7714包含8个片内寄存器。对所有寄存器的读写操作首先都需要对通信寄存器进行写操作，写入通信寄存器的内容决定了下一次读写操作所使用的寄存器。通信寄存器的格式如下：

　　在对通信寄存器进行写操作时，0/DRDY位必须为“0”，若为“1”，则AD7714将处于等待状态直到该位被写入“0”。读取通信寄存器时，0/DRDY位表示数据是否转换好，和DRDY引脚上的信号一致。R/W位为“1”，表示下一次操作为读操作，为“0”表示下一次操作为写操作。
 　RS2～RS0决定下一次读写操作所使用的寄存器，见表2。
 　CH2～CH0决定所进行操作的模拟输入通道，见表3。

3.2 模式寄存器
　　模式寄存器是8位可读写寄存器，其格式为：

　　MD2、MD1、MD0用于器件工作模式的选择，见表4。
　　G2、G1、G0用于可编程增益放大器PGA的增益选择，G2、G1、G0与增益的关系如表5所列。
　　BO=“0”将断开耗尽电流，BO=“1”则使耗尽电流加在AIN(＋)和AIN(－)之间，“0”为缺省值。FSYNC位用于控制滤波器同步，高电平时，将使滤波控制逻辑、器件校准控制逻辑和∑－Δ转换器挂起而处于复位状态；若FSYNC为低电平，滤波器和转换器将恢复对数据的处理，FSYNC的电平不影响AD7714的数据输入输出操作和DRDY信号。
3.3 滤波寄存器
　　滤波寄存器是两个可读写的8位寄存器，其滤波高位寄存器的格式为：

　　滤波低位寄存器的格式为：

　　B/U置“0”时选择双极性操作方式，置“1”时选择单极性操作方式。WL位决定AD转换的位数，置“0”选择16位方式，置“1”选择24位方式。对于BST位，当f_CLK=1MHz或f_CLK=2.4576MHz且增益在1～4之间时，此位为“0”，能减小从AVDD获取的拉电流(置“1”时器件也能工作)。在f_CLK=2.4576MHz且增益在8～128之间时，该位只有置“1”才能保证器件正常工作。对A型AD7714，ZERO位必须为“0”。对Y型AD7714，CLK DIS位用于控制MCLK OUT引脚上的信号。在使用石英/陶瓷谐振器时，若该位置“1”，AD7714时钟将停止并关闭AD转换。
　　AD7714片内数字滤波器是一个SinC3滤波器。FS11～FS0用于滤波器第一陷波点的选择，同时也决定AD数据的输出速率，因为AD7714的数据输出速率等于滤波器第一陷波点的频率。若N为FS11～FS0所表示的十进制数大小(非BCD码)，则第一陷波点频率等于(f_CLK/128)/N。在选择FS11～FS0时，应保证其取值在19～4000之间。滤波器第一陷波点频率的选择将影响模数转换的有效数据，只有在该频率小于60Hz时，才能保证24位无误码。若取1kHz，则只能保证12位无误码。

4.AD7714与AT89C51的接口应用

4.1 接口电路
　　AD7714的数据接口采用串行方式，和单片机的连接简洁方便。图2所示是采用2线方式的典型接法。
　　根据笔者的使用经验，在对AD7714的操作中应注意以下几个方面的问题：
　　(1)串行移位时钟SCLK的上升沿必须小于1μs。
　　(2)AD7714在和C51系列单片机相连时，由于提供SCLK信号的引脚在空闲时为高电平，因此AD7714的POL引脚应接高电平。
　　(3)读AD数据时，AD首先输出的是数据最高位，最后是数据最低位；同样在对AD内部寄存器进行写操作时，应首先写入最高位，最后写入最低位。
　　(4)若印制板空间许可， 可在AD7714和MCU之间加入光电隔离。这样虽然增加了一条数据线，但可获得的稳定数据将增加3～4位，同时在编程时应适当延时，以满足光电隔离的电平建立时间。
　　(5)在满足整个应用系统需要的前提下，应尽量降低单片机的工作频率，这样可以获取更多的稳定数据位。同时印制板应采取良好的抗干扰措施，在干扰比较严重时，软件上也应采取相应的措施，比如采用软件冗余技术进行相同命令的多次写入，以保证可靠操作。
4.2 接口编程
　　在对AD7714进行操作时，首先应对AD7714进行初始化。若不进行初始化，而直接读取AD转换的数据，AD7714将按其内部各寄存器上电复位时的缺省值进行转换。此时若读取24位数据，则前16位为有效数据，后8位为FF。图3和图4分别为AD7714进行读、写操作时的时序。
　　图5是以选择AIN1/AIN6为例，在设定输入为单极性方式、24位输出数据时的程序流程。采用自校准方式，其增益设定为1。

来源：国外电子元器件