摘要：AD7858是 AD公司推出的 12位串口、高速、低功耗、逐次逼近式 AD转换器。该芯片内含一个低噪声、宽频带的跟踪/保持放大器,可以处理高达 200 kHz的宽频信号。介绍了该芯片在金属检测的控制系统中的采样设计方法。
关键词：AD7858;A/D采样
0 引言
金属探测系统的检测区域在被检测物体通过时产生的电压信号的相位与幅值与发射信号存在差异。而后电压信号经过带通滤波单元,分别进行低频和高频相敏检波,之后信号经过 AD采样处理方能由 T MS320LF2407芯片处理分析,执行必要动作。
1 AD转换器的选择
该探测器的主控制系统选用的MPU处理中心是 TI公司的 T MS320LF2407数字信号处理(DSP)系统。主要考虑是金属探测器属于在线检测,对实时控制要求不高。该芯片每秒 4 000万条 (40 M IPS)指令的处理速度,远远超过传统的16位微控制器和微处理器的性能,另外T MS320LF2407稳定性好、精度高、可重复性好、抗干扰能力强,比较适合工作在电磁环境恶劣的工业环境中。
该 DSP芯片具有内部 10位 A/D转换器,但是由于它仅含有 10位的 A/D转换器,除去第一位符号位,也就是真正只有 9位供使用,达不到检测的精度要求,所以,在这里通过外接 12位 A/D转换器 AD7858来提高 DSP的检测精度。在这里通过外接 12位 A/D转换器 AD7858来提高 DSP的检测精度。AD7858是 AD公司推出的 12位串口、高速、低功耗、逐次逼近式 AD转换器。它可在 3～5.5 V的电压下工作,其数据通过率高达200 kSPS。该芯片内含一个低噪声、宽频带的跟踪 /保持放大器,可以处理高达 200 kHz的宽频信号。它的主要性能指标介绍如下：(1)支持 3～5.5 V电压供电;(2)上电时,具有系统自动校准 (校验芯片本身或芯片外设是否出错)和自动自校准(校验校准寄存器是否出错)功能;(3)具有高速串行输出接口;(4)低功耗,在 3 V电压下,功耗为 12 mW;(5)片内集成有高性能的抽样和保持放大器,输入信号可以采用单端输入,也可以采用差分输入;(6)芯片支持硬件或软件启动 AD转换;(7)转换完成自动切入休眠模式。
2 AD7858的引脚
主要引脚功能如下：
：转换开始位。当时钟下降沿到来时,系统为保持模式,且开始进行数模转变。如此脚不用,应与 DVDD相连。
BUSY：忙信号输出端。用于表明器件所处的状态。在 CONVST下降沿或 CAL上升沿之后,忙信号变为高电平,并在转换期间保持高电平。一旦转换结束并将转换结果存入输出寄存器,该端复位为低电平。
：休眠或低功耗模式。该脚为低时,器件处于休眠模式,如若此时不存在数模转换或校准工作,那么,所有的电路全处于关断模式;若该脚为 1,则器件正常运行。如若休眠模式只用软件控制,那么,此脚始终为高电平。
REFN/REFOUT：参考输入 /输出。此脚可作为模数转换的内部参考电压,并可通过串联电阻与内部电路相连。
AVDD：模拟电源端。
AGND：模拟地端。
CREF1：参考电容。此引脚必须接 0.01μF的电容到AGND脚。
CREF2：同上。
A IN1-A IN8：模拟输入。
：同步信号输入端。低电平有效。
SCLK：串行时钟信号。
CLK IN：数字时钟输入端。该时钟可决定数模转换的时间。
Din：16位串行数据输入端。Dout：16位串行数据输出端。DGND：数字地端。
DVDD：数字电源端。
：校验输入端。此脚有 0.15μA的内部提升电流。为使芯片在上电时能自动自校准,此脚必须用 10nF电容接DGND脚。
3 AD7858的硬件电路图
图1所示,芯片 I/O引脚 Din、Dout分别与 DSP的串行通信口 SPIS IMO、SPISOM I连接,串行时钟接 DSP的 SPICLK口。3个控制信号 /CON、BUSY、/SYNC分别由 DSP的 IOB6、 IOB4、 IOB5口送出。AD7858共有四路信号输入,转换结果将以12位二进制数据从 DOUT输出,并通过 SPISOM I送给 DSP。在 BUSY位为低电平时,DSP将向AD7858发送 CONVST信号,并在 CONVST的下降沿开始转换。该电路的给定主脉冲频率为 4 MHz,系统可通过 I/O口向 AD7858的 SYNC发送同步信号。
图1 AD7858芯片电路图
4 AD采样子程序
采用 A/D转换芯片 AD7858实现对解调信号的采样。AD7858具有 8个输入通道,最高抽样速率可达 200 kHz,采用 SPI接口方式输出 12-bitAD转换数据。DSP系统通过 SPI串行口来对AD7858进行配置。AD7858内部具有 1个控制寄存器、1个 ADC数据输出寄存器、1个状态寄存器、1个测试寄存器和 10个校准寄存器,其中控制寄存器和校准寄存器是重要的配置寄存器,它们直接影响AD7858的转换精度,16-bit配置数据通过 D IN管脚送到 AD7858。本次设计AD7858选用较方便的 Mode2工作模式,其软件流程如图2所示。
5 采样信号
分析：图3波形为经过探测系统的高频解调通道输出的送入采样的波形。当探测器空机运行时,采样信号近似为 0,系统处于一个相对平衡状态。图4选取了一个高频解调信号的采样点和一个低频解调信号的采样点,其中 CH1为高频采样信号,CH2为低频采样信号。该物体通过探测器时,低频采样信号出现大的波动,峰 -峰值达到2.2 V左右,最高点的绝对值约 1.5 V,当阀值设置为 1.5 V以下时,检测系统则开始报警停机。由于低频信号用于检测铁磁性金属物质,高频信号用于检测非铁磁性金属物质,所以图4表明测试样品中含有铁磁性金属。该信号经过 AD7858的转换后送入 DSP主系统处理,将达到提高采样精度的效果。
