高速12位模数转换器AD7892及其在图像采集中的应用

高速12位模数转换器AD7892及其在图像采集中的应用摘要：AD7892是美国AD公司生产的LC2MOS型单电源12位模数转换器，可并行或串行输出，文中介绍了它的功能、特点，工作时序以及在图像采集系统中的应用电路。关键词：高速ADC并行串行时序图像采集AD78921AD7892的特点及功能AD7892是美国ANALOGDEVICE公司生产的具有采样保护功能的逐次逼近式12位高速ADC，根据输入模拟信号范围的不同可分为AD7892-1，AD7892-2，AD7892-3三种类型。其中，AD7892-1输入信号范围为±10V或者±5V（可设置），AD7892-2输入信号范围为0~+2.5V，这两种的采样转换速率均为500kSPS，AD7892-3的输入信号范围为±2.5V，采样转换速率为600kSPS，AD7892-1和AD7892-3的输入信号过压保护电压分别为±17V和±7V。AD7892模数转换器具有如下特点：●单电源工作（+5V）；●内含采样保持放大器；●具有高速串、并行接口。AD7892的内部框图如图1所示，它内含模拟信号换算电路、采样保持电路、A/D转换的基准电源（+2.5V）、时钟电路、12位逐次逼近式ADC电路和控制电路，转换的结果可以并行输出，也可以串行输出，非常容易和微处理器或DSP（数字信号处理器）接口。AD7892共有两种封装，一种是24脚双列直插式DIP封装，另一种为贴面式SOIC封装，AD7892的引脚排列如图2所示。各引脚的功能说明如表1所列。表1AD7892的管脚名称及功能说明名称管脚类型功能说明VDD1电源电源：±5V±5%STANDBY2I低电平时为睡眠状态（功耗5mW)，高电平时正常工作，一般应用时接高电平VIN23I模拟输入2，对AD7892-2和AD7892-3，应悬空或接AGND。对AD7892-1来说，此脚决定输入信号（VIN1）的范围，当VIN2接AGND时，VIN1的范围为±10V，接VIN1时，输入信号范围为±5VVIN14I模拟信号输入脚1，其输入范围同上。REFOUT/REFIN5I/O内部ADC基准，2.5V输出，也可通过该脚输入一个A/D转换的外部基准（2.5V），如果用内部基准，此脚悬空，对外作为基准时应对AGNDruv0.1μF的瓷片电容AGND6模拟地MODE7I低电平时为串行输出，高电平时为并行输出DB11～DB08～1315～20O/IA/D转换的12位并行输出，可与TTL电平兼容，为三态输出，DB0为低位，DB11为高位，当串行工作时，15脚（SDATA）为串行数据输出脚，16位的前四位为0，后12位为A/D的结果。16脚（SCLK）为串行输出的时钟输入端17脚（RFS）为测试脚，正常工作时应接低电平DGND14数字地，与外电路的数字地相连RD21I和CS配合读，使数据输出CS22I片选，低有效EOC23O转换结束信号，转换结束时，此脚输出100ns的低电平脉冲CONVST24I启动转换输入端，当此脚由低变高时，使采样保持器保持开始转换，应加一个大于25ns的负脉冲来启动转换2工作时序和转换后的二进制代码下面以-40℃~+85℃的工业品（即A、B类）为例进行介绍，-55℃~+125℃（即C类）的某些参数略有区别。2.1并行输出时序当MODE脚接高电平时，AD7892为并行输出方式，其时序如图3所示。CONVST信号T1应大于35ns，在上升沿，采样保护器进入保持状态，并开始A/D转换，转换时间TCONV为1.47μs（AD7892-3）或1.6μs（AD7892-1，AD7892-2），转换结束后EOC脚输出T2≥60ns的负脉冲以进行中断或数据锁存，并在EOC下降沿开始下次采样，也就是转换一结束就开始下次采样，采样时间TACQ要大于等于200ns（AD7892-3）或400ns（AD7892-1，AD7892-2），当转换结束后（EOC的下降沿），只要CS和RD有效，经过t6=40ns的时间，即可在DB0~DB11上获得转换后的12位数据，CS和一般片选相同，可一直有效，外加RD的时间t5亦应大于35ns。下次采样和本次的输出可同时进行，所以最小的一次采样转换输出时间对于AD7892-3来说为1.47+0.2=1.67μs（600kSPS），而对于AD7892-1和AD7892-2来说为1.6+0.4=2μs(即500kSPS)，图3中t9≥200ns，t7≈5ns，t3、t4、t8可为零（此时t9=tACQ）。2.2串行输出时序当MODE脚为低时，为串行方式，时序如图4所示。采用这种方式可和工业标准的微处理器、控制器和DSP等相连。其转换启动信号CONVST、结束信号EOC、片选CS和图3相同，数据的读出应在EOC的下降沿到下次采样前，即CONVST上升沿前的200ns（AD7892-3）或400ns（AD7892-1，-2）之间进行。EOC的下降沿可产生中断或产生RFS信号，在读出期间RFS应保持低电平，否则数据线为三态，SCLK一般由接收数据者提供，进行同步输出输入的最高频率是20MHz（高、低电平最小时间为25ns）,每一个SCLK的上升沿延时一段时间后（最小5ns，最大25ns），在数据线上输出一位，共输出16位数据，前四位是0，后12位是转换后的有效数据，高位在前，DB0是最后一位，16位数据输出后由RFS或第17个SCLK的上升沿（哪个在前，哪个起作用）使输出变为高阻态，读出数据最小需要16个脉冲，假设SCLK的最高频率为20MHz，则读出时间最小要800ns，在加上采样和转换时间，对于AD7892-3来说最高速度为400kSPS，对于AD7892-1和-2来说最高速度为357kSPS。2.3转换后的二进制代码由于三种类型的模拟输入范围不同，因而其转换输出的二进码也不同，表2所列为AD7892-1和AD7892-3的输入输出代码、表3所列为AD7892-2的代码。表2AD7892-1，AD7892-3理想的输入输出表输入输出（12位）+FSR/2+1/2LSB100…000→100…001-FSR/2+3/2LSB100…001→100…101……AGND-1/2LSB111…111→000…000AGND+1/2LSB000…000→000…001……+FSR/2-5/2LSB011…101→011…110+FSR/2-3/2LSB011…110→011…111表3AD7892-2理想的输入输出表输入输出（12位）AGND+1/2LSB（0.000305V）000…000→000…001AGND+3/2LSB（0.000916V）000…001→000…010……+FSR-5/2LSB（2.498474V）111…101→111…110+FSR-3/2LSB（2.499084V）111…110→110…111对于AD7892-1和AD7892-3，FSR为满度范围，如输入为±10V，则FSR=20V，输入为±5V，FSR=10V，输入为±2.5V，FSR=5V.模拟信号从-FSR/2→GND→+FSR/2变化，输出则从100…000→111…111→000…000→011…111变化。而对于AD7892-2，在输入从0→+2.5V变化时，输出则从全0→全1。3AD7892在CCD图像采集中的应用图5所示为AD7892用于CCD图像采集系统的电路图。目的是把CCD读出的模拟信号（单极性）转换为12位数字信号，以便微机能够进行处理，该电路采用的是AD7892AN-1的并行输出模式，其速度设计为400kSPS。在此应用中，将IN2接到IN1，其输入范围为±5V，CCD产生的输出信号经调理电路进行处理为100…000~111…111，即从2048→4095，在D11反相后，锁存器锁存的数据为000…000→011…111，即从0→2047。在微机发出CONVSI信号启动转换的同时，把上次转换的结果的低八位取走，然后取走高四位。